特許 7491781 充電接続ケーブル及び直流給電方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-20

(45)【発行日】2024-05-28

(54)【発明の名称】充電接続ケーブル及び直流給電方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240521BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240521BHJP

   H02J 7/14 20060101ALI20240521BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 301B

H02J7/00 P

H02J7/02 J

H02J7/14 H

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020147743

(22)【出願日】2020-09-02

(65)【公開番号】P2022042344

(43)【公開日】2022-03-14

【審査請求日】2023-06-14

(73)【特許権者】

【識別番号】596002767

【氏名又は名称】トヨタ自動車九州株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114306

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 史郎

(74)【代理人】

【識別番号】100148655

【弁理士】

【氏名又は名称】諏訪 淳一

(72)【発明者】

【氏名】山口 大介

【審査官】辻丸 詔

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２５２５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０８０４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１９２２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００１２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２２－５１２６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０７３１３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１８４８４９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／０２

Ｈ０２Ｊ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機、車両バッテリ、及び、前記車両バッテリに対する充電制御を行う充電制御部を有した車両の前記車両バッテリと、蓄電システム内のバッテリとを接続して前記車両側から前記バッテリを充電するための充電接続ケーブルであって、
前記充電接続ケーブルの両端のプラグ間を接続するプラス側電線の接続を開閉するスイッチと、
前記スイッチの前記車両バッテリ側のシステム電圧を検出する車両側電圧センサと、
前記スイッチの前記バッテリ側の電圧を検出する充電側電圧センサと、
初期状態として前記スイッチを開とし、前記充電接続ケーブルの接続後、前記車両側電圧センサが検出した前記システム電圧と前記充電側電圧センサが検出した電圧との差電圧が所定範囲内である場合に、前記スイッチを閉にするスイッチ制御部と
を有したスイッチユニットを備えたことを特徴とする充電接続ケーブル。

【請求項2】

前記スイッチユニットは、前記充電接続ケーブルの一方のプラグに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の充電接続ケーブル。

【請求項3】

発電機、車両バッテリ、及び、前記車両バッテリに対する充電制御を行う充電制御部を有した車両の前記車両バッテリと、蓄電システム内のバッテリとを接続して前記車両側から前記バッテリを充電する直流給電方法であって、
前記車両バッテリと前記バッテリとを接続する充電接続ケーブルの両端のプラグ間を接続するプラス側電線の接続を開閉するスイッチを設け、
初期状態として前記スイッチを開とし、前記充電接続ケーブルの接続後、前記スイッチよりも前記車両側のシステム電圧と、前記スイッチよりも前記バッテリ側の電圧との差電圧が所定範囲内である場合に、前記スイッチを閉にして前記バッテリへの給電を開始することを特徴とする直流給電方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車などの車両の車両バッテリから、住宅などの蓄電システム内のバッテリへの充電を簡易な構成で行うことができ、かつ、電力変換ロスを低減することができる充電接続ケーブル及び直流給電方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電池自動車（ＢＥＶ：Ｂａｒｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｉｅｃｌｅ）などの電気自動車が普及しつつある。この電気自動車の充電時には電気自動車に商用交流電源を供給し、電気自動車の内部で交流を直流に変換してバッテリを充電し、また、電気自動車の放電時にも、バッテリに蓄電された直流電力を交流電力に変換して住宅側に供給できるものがある。

【0003】

特許文献１には、電気自動車のバッテリから放電された直流電力を住宅用の蓄電池に充電できるシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－８６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されたものは、電気自動車のバッテリの電圧を住宅用のバッテリの電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータを必要としているため、電力変換ロスが生じてしまう。

【0006】

なお、一般に、電気自動車から住宅用のバッテリに充電しようとする場合、Ｖ２Ｌ（Ｖｅｈｃｌｅ ｔｏ Ｌｏａｄ）やＶ２Ｈ（Ｖｅｈｃｌｅ ｔｏ Ｈｏｍｅ）に対応した電力変換器が必要になる。この電力変換器は、電気自動車のバッテリの電圧を交流に変換するＤＣ／ＡＣインバータであり、住宅用のバッテリに充電する場合、この電力変換器の後段に、さらに交流を直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータを設ける必要があり、発生する電力変換ロスが大きい。

【0007】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電気自動車などの車両の車両バッテリから、住宅などの蓄電システム内のバッテリへの充電を簡易な構成で行うことができ、かつ、電力変換ロスを低減することができる充電接続ケーブル及び直流給電方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明は、発電機、車両バッテリ、及び、前記車両バッテリに対する充電制御を行う充電制御部を有した車両の前記車両バッテリと、蓄電システム内のバッテリとを接続して前記車両側から前記バッテリを充電するための充電接続ケーブルであって、前記充電接続ケーブルの両端のプラグ間を接続するプラス側電線の接続を開閉するスイッチと、前記スイッチの前記車両バッテリ側のシステム電圧を検出する車両側電圧センサと、前記スイッチの前記バッテリ側の電圧を検出する充電側電圧センサと、初期状態として前記スイッチを開とし、前記充電接続ケーブルの接続後、前記車両側電圧センサが検出した前記システム電圧と前記充電側電圧センサが検出した電圧との差電圧が所定範囲内である場合に、前記スイッチを閉にするスイッチ制御部とを有したスイッチユニットを備えたことを特徴とする。

【0009】

また、本発明は、上記の発明において、前記スイッチユニットは、前記充電接続ケーブルの一方のプラグに設けられたことを特徴とする。

【0010】

また、本発明は、発電機、車両バッテリ、及び、前記車両バッテリに対する充電制御を行う充電制御部を有した車両の前記車両バッテリと、蓄電システム内のバッテリとを接続して前記車両側から前記バッテリを充電する直流給電方法であって、前記車両バッテリと前記バッテリとを接続する充電接続ケーブルの両端のプラグ間を接続するプラス側電線の接続を開閉するスイッチを設け、初期状態として前記スイッチを開とし、前記充電接続ケーブルの接続後、前記スイッチよりも前記車両側のシステム電圧と、前記スイッチよりも前記バッテリ側の電圧との差電圧が所定範囲内である場合に、前記スイッチを閉にして前記バッテリへの給電を開始することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、電気自動車などの車両の車両バッテリから、住宅などの蓄電システム内のバッテリへの充電を簡易な構成で行うことができ、かつ、電力変換ロスを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本実施の形態に係る充電接続ケーブルが適用されるシステム構成を模式的に示した図である。

【図2】図２は、スイッチ制御部によるスイッチ制御処理手順を示すフローチャートである。

【図3】図３は、充電制御部による充電制御処理手順を示すフローチャートである。

【図4】図４は、スイッチのオン後における車両バッテリとバッテリとの充電状態を説明する説明図である。

【図5】図５は、スイッチユニットをプラグに接続して設けた変形例の充電接続ケーブルの構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る充電接続ケーブル及び直流給電方法について説明する。

【0014】

＜概要構成＞
図１は、本実施の形態に係る充電接続ケーブル１が適用されるシステム構成を模式的に示した図である。図１に示すように、充電接続ケーブル１は、電気自動車などの車両１０の車両バッテリ１４と、住宅１００の蓄電システム２０内のバッテリ２４との間を接続し、車両１０側からバッテリ２４を充電するために用いられる。

【0015】

車両１０は、充電機能１１を有し、車両バッテリ１４に対する充電制御を行う。車両バッテリ１４は、高電圧バッテリであり、例えば、定格電圧が２００Ｖである。充電機能１１は、充電制御部１２及び発電機１３を有する。発電機１３は、エンジン駆動や燃料電池であり、充電制御部１２によって発電制御される。充電制御部１２は、車両バッテリ１４の電圧又はＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を用いて行う。電圧を用いる場合、充電制御部１２は、電圧が放電下限電圧以下になった場合、発電機を駆動して充電を行い、電圧が充電上限電圧以上になった場合、充電を停止する。なお、ＳＯＣ（％）は、充電状態を示す指標であり、例えば、残容量［Ａｈ］÷満充電容量［Ａｈ］×１００として表される。ＳＯＣの算出方法又は推算方法は特に限定されるものではないが、ＳＯＣは、例えば、車両バッテリ１４の電圧の測定結果、車両バッテリ１４の電圧のＩ－Ｖ特性データ、及び、車両バッテリ１４の電流値の積算値のうちの少なくとも１つに基づいて、算出又は推定される。ＳＯＣは、任意の換算式などを利用して、予め定められた温度条件における値に換算された値であってもよい。

【0016】

蓄電システム２０は、バッテリ２４を有し、ＤＣ／ＡＣインバータとしての電力変換器２１によって、住宅内の商用電源として用いられる。バッテリ２４は、例えば、定格電圧が２００Ｖである。電力変換器２１は、バッテリ２４の直流電圧を交流電圧１００Ｖに変換する。

【0017】

充電接続ケーブル１は、ケーブル２にスイッチユニット３が設けられる。ケーブル２の両端には、プラグＰ１，Ｐ２が設けられ、プラグＰ１は、車両側のレセプタクルＲ１に着脱可能に接続され、プラグＰ２は蓄電システム２０側のレセプタクルＲ２に着脱可能に接続される。

【0018】

スイッチユニット３は、スイッチＳＷ、車両側電圧センサ４、充電側電圧センサ５及びスイッチ制御部６を有する。スイッチＳＷは、ケーブル２のプラス側電線の接続を開閉するスイッチである。車両側電圧センサ４は、スイッチＳＷの車両バッテリ１４側のシステム電圧Ｖ１を検出する。充電側電圧センサ５は、スイッチＳＷのバッテリ２４側の電圧Ｖ２を検出する。スイッチ制御部６は、初期状態としてスイッチＳＷを開とし、充電接続ケーブル１の接続後、車両側電圧センサ４が検出したシステム電圧Ｖ１と充電側電圧センサ５が検出した電圧Ｖ２との差電圧が所定範囲内である場合に、スイッチＳＷを閉にしてバッテリ２４への充電開始を許容する。

【0019】

すなわち、スイッチ制御部６は、システム電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とがほぼ一致した場合にはじめてスイッチＳＷをオンにし、このオン状態を維持して車両１０側からバッテリ２４への充電を許容する状態を維持する。そして、スイッチＳＷがオン状態の場合、充電機能１１からみて、車両バッテリ１４とバッテリ２４とは並列接続され、充電機能１１は、車両バッテリ１４とバッテリ２４とを１つのバッテリとして充電制御を行い、結果として、バッテリ２４の充電が行われる。なお、システム電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とがほぼ一致しない場合は、スイッチＳＷがオフであり、車両１０側とバッテリ２４との間において充電も放電も行われない。

【0020】

なお、スイッチ制御部６は、ソフトウェアによって実現してもよいが、回路（ハードウェア）によって実現してもよい。

【0021】

＜スイッチ制御処理＞
図２は、スイッチ制御部６によるスイッチ制御処理手順を示すフローチャートである。図２に示すように、スイッチ制御部６は、まず、スイッチＳＷをオフ状態にしておく（ステップＳ１１０）。このスイッチＳＷのオフ状態は、スイッチ制御部６への電源供給がオフになった場合、スイッチＳＷをオフにすることによって実現できる。

【0022】

その後、スイッチ制御部６は、システム電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差電圧ΔＶが所定範囲ΔＶａ内であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。この差電圧ΔＶは、システム電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との差の絶対値である。差電圧ΔＶが所定範囲ΔＶａ内でないならば（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、本判定処理を繰り返す。

【0023】

一方、差電圧ΔＶが所定範囲ΔＶａ内であるならば（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、スイッチＳＷをオンにし（ステップＳ１３０）、バッテリ２４への充電を許容して本処理を終了する。

【0024】

＜充電制御処理＞
図３は、充電制御部１２による充電制御処理手順を示すフローチャートである。なお、充電制御部１２は、車両バッテリ１４の電圧（システム電圧Ｖ１）又はＳＯＣをもとに行うが、ここでは説明の便宜上、車両バッテリ１４のシステム電圧Ｖ１をもとに充電制御を行う場合について説明する。図３に示すように、充電制御部１２は、システム電圧Ｖ１が放電下限電圧以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。システム電圧Ｖ１が放電下限電圧以下でないならば（ステップＳ２１０：Ｎｏ）、本処理を終了する。

【0025】

一方、システム電圧Ｖ１が放電下限電圧以下であるならば（ステップＳ２１０：Ｙｅｓ）、発電機１３による充電をオンにして充電を開始する（ステップＳ２２０）。その後、充電制御部１２は、システム電圧Ｖ１が充電上限電圧以上か否かを判定する（ステップＳ２３０）。システム電圧Ｖ１が充電上限電圧以上でないならば（ステップＳ２３０：Ｎｏ）、ステップＳ２２０に移行して、充電を継続する。

【0026】

充電制御部１２は、システム電圧Ｖ１が充電上限電圧以上であるならば（ステップＳ２３０：Ｙｅｓ）、充電をオフにして停止し、本処理を終了する。なお、上記の処理は、所定時間ごとに繰り返し行う。

【0027】

なお、この充電制御部１２による充電制御は、スイッチＳＷの状態に関係なく、車両１０側の処理として行われる。

【0028】

本実施の形態では、図４（ａ）に示すように、車両バッテリ１４のシステム電圧Ｖ１とバッテリ２４の電圧Ｖ２とがほぼ一致した場合に、スイッチＳＷがオンとなり、車両バッテリ１４とバッテリ２４とが並列接続され、バッテリ２４への充電が許容される。その後、図４（ｂ）に示すように、充電機能１１により、車両バッテリ１４とバッテリ２４とが同等に充電され、結果的に外部のバッテリ２４が充電される。そして、充電制御部１２は、システム電圧Ｖ１が充電上限電圧Ｖ１ａになると充電を停止する。ここで、バッテリ２４は車両バッテリ１４と同じように充電されているため、充電が停止されたときの電圧Ｖ２ａは、充電上限電圧Ｖ１ａと同じになる。

【0029】

本実施の形態では、充電接続ケーブル１にスイッチユニット３を設けるのみという簡易な構成で、電気自動車などの車両１０の車両バッテリ１４から、住宅１００などの蓄電システム２０内のバッテリ２４への充電を行うことができ、また、電力変換器が不要なので電力変換ロスを低減することができる。さらに、システム電圧Ｖ１と電圧Ｖ２とがほぼ一致した場合に車両バッテリ１４とバッテリ２４とが接続されるため、電圧差による大電流が流れることがないため、ケーブル接続を安全に行うことができる。

【0030】

＜変形例＞
上記の実施の形態では、ケーブル２上のスイッチユニット３の位置は任意であったが、本変形例２では、スイッチユニット３をプラグＰ１あるいはプラグＰ２のいずれかに接続して設けている。図５では、スイッチユニット３をプラグＰ２に接続して設けている。

【0031】

これにより、スイッチユニット３がプラグＰ２と一体化し、スイッチユニット３の堅牢性を高くすることができる。

【0032】

なお、上記の実施の形態及び変形例で図示した各構成は機能概略的なものであり、必ずしも物理的に図示の構成をされていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本発明の充電接続ケーブル及び直流給電方法は、電気自動車などの車両の車両バッテリから、住宅などの蓄電システム内のバッテリへの充電を簡易な構成で行い、かつ、電力変換ロスを低減する場合に有用である。

【符号の説明】

【0034】

１ 充電接続ケーブル
２ ケーブル
３ スイッチユニット
４ 車両側電圧センサ
５ 充電側電圧センサ
６ スイッチ制御部
１０ 車両
１１ 充電機能
１２ 充電制御部
１３ 発電機
１４ 車両バッテリ
２０ 蓄電システム
２１ 電力変換器
２４ バッテリ
１００ 住宅
Ｐ１，Ｐ２ プラグ
Ｒ１，Ｒ２ レセプタクル
ＳＷ スイッチ
Ｖ１ システム電圧
Ｖ２ 電圧
ΔＶ 差電圧
ΔＶａ 所定範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】