JP2015096016A - 充放電システム - Google Patents

Abstract

【課題】故障時に蓄電装置の電圧が露出するのを防止できる充放電システムを提供する。
【解決手段】この充放電システムでは、ケーブル２５は、車両１０５のＤＣインレット７０４に接続されるコネクタＣＮ５と、放電モード時はロック状態に設定され、放電モードの終了後において蓄電装置１１０の電圧がＤＣインレット７０４に印加されていない場合はアンロック状態に設定され、蓄電装置１１０の電圧がＤＣインレット７０４に印加されている場合はロック状態に維持されるロック部２６とを含む。したがって、放電モード時にＤＣリレー７０７がオン固着した場合、ＤＣインレット７０４に接続されたコネクタＣＮ５の取り外しを不能にできる。
【選択図】図３

Description

この発明は充放電システムに関し、特に、蓄電装置を搭載した車両を備えた充放電システムに関する。

近年、商用交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電気自動車のような車両の蓄電装置に供給する充電装置が開発されている。また、特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。

特開２０１２−７０５７７号公報

しかし、充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両の蓄電装置の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。この充放電装置を使用する場合、従来と同様のケーブルを使用するものとする。このケーブルは、車両のインレットに接続されるコネクタと、ヒューズと、電力線を含む。また、車両には、インレットと蓄電装置の間にリレーとヒューズが設けられる（図２（ａ）参照）。

そのような充放電装置と車両のインレットをケーブルで接続して蓄電装置を放電させている場合において、電力線で短絡が発生して蓄電装置から電力線の短絡部に過電流が流れることが想定される。さらに、車両のヒューズが溶断せずに、リレーがオン固着し、ケーブルのヒューズが溶断した場合は、車両のインレットに蓄電装置の電圧が印加されたままになる恐れがある（図２（ｂ）参照）。

それゆえに、この発明の主たる目的は、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することが可能な充放電システムを提供することである。

この発明に係る充放電システムは、車両とケーブルと充放電装置を備えたものである。車両は、直流電力を蓄える蓄電装置と、一方端子が蓄電装置に接続され、蓄電装置を充電させる充電モード時と蓄電装置を放電させる放電モード時とに導通状態にされるリレーと、リレーの他方端子に接続されたインレットとを含む。ケーブルは、インレットに接続されるコネクタと、一方端がコネクタに接続され、他方端が充放電装置に接続された電力線と、インレットに接続されたコネクタの取り外しを不能にするロック状態とインレットに接続されたコネクタの取り外しを可能にするアンロック状態とを有するロック部とを含む。充放電装置は、充電モード時は、車両の外部から直流電力をケーブルを介して蓄電装置に供給し、放電モード時は、蓄電装置からケーブルを介して供給される直流電力を受けて車両の外部の負荷に電力を供給する。ロック部は、放電モード時はロック状態に設定され、放電モードの終了後において蓄電装置の電圧がインレットに印加されていない場合はアンロック状態に設定され、蓄電装置の電圧がインレットに印加されている場合はロック状態に維持される。

したがって、本願発明によれば、充放電装置と車両のインレットをケーブルで接続して蓄電装置を放電させている場合において、過電流が流れてリレーがオン固着し、蓄電装置の電圧がインレットに印加されているとき、ロック部によってケーブルのコネクタと車両のインレットがロックされる。したがって、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

好ましくは、車両は、さらに、蓄電装置とリレーの一方端子との間に接続された第１のヒューズを含む。ケーブルは、さらに、コネクタと電力線の一方端との間に接続された第２のヒューズを含む。この場合は、車両およびケーブルに過電流が流れるのを防止することができる。

好ましくは、車両は、さらに、インレットの電圧を検出する電圧検出器と、リレーを制御する第１の制御装置とを含む。充放電装置は、ロック部を制御する第２の制御装置を含む。第１および第２の制御装置は通信線によって結合される。第１の制御装置は、放電モード時に蓄電装置の放電の停止が指令された場合、非導通状態になるようにリレーを制御した後に、電圧検出器の検出結果に基づいて蓄電装置の電圧がインレットに印加されているか否かを判別し、蓄電装置の電圧がインレットに印加されていると判別した場合はロック部をロック状態にさせる第１の信号を通信線を介して第２の制御装置に送信し、蓄電装置の電圧がインレットに印加されていないと判別した場合はロック部をアンロック状態にさせる第２の信号を通信線を介して第２の制御装置に送信する。第２の制御装置は、第１の制御装置から送信された第１または第２の信号に基づいてロック部をロック状態またはアンロック状態にする。この場合は、インレットに電圧が印加されている場合は放電停止後でもコネクタをインレットから取り外すことができなくなり、インレットに電圧が印加されていない場合は放電停止後にコネクタをインレットから取り外すことができる。

好ましくは、車両は、さらに、蓄電装置とインレットとの間にリレーと直列接続され、ロック状態にされたロック部をアンロック状態にする場合に非導通状態にされる開閉器を備える。この場合は、蓄電装置の電圧がインレットに印加されてロック部がロック状態にされているときに、蓄電装置とインレットの間を電気的に遮断してロック部をアンロック状態にし、コネクタをインレットから取り外すことが可能となる。

以上のように、本願発明によれば、故障時に蓄電装置の電圧が露出することを防止することができる。

本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図１に示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態１による充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図３に示したＥＣＵ１８，３００の動作を示すフローチャートである。 図３に示した車両の構成を示す回路ブロック図である。 図５に示した車両に接続される交流充電ケーブルの構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態２による充放電システムの要部を示す回路ブロック図である。 図７に示した車両の構成を示す回路ブロック図である。

図１（ａ）は、本発明の基礎となる充電システムの要部を示す回路ブロック図である。図１（ａ）において、この充電システムは、充電装置１０、ケーブル２０、および車両１００を備える。ケーブル２０は、正電力線ＰＬ１１、負電力線ＮＬ１１、ヒューズＦ１、ダイオードＤ１、およびコネクタＣＮ１を含む。

正電力線ＰＬ１１の一方端は、充電装置１０の正電圧端子１０ａに接続される。ヒューズＦ１の一方端子は、正電力線ＰＬ１１の他方端に接続される。ヒューズＦ１は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断してケーブル２０などを保護する。ダイオードＤ１は、コネクタＣＮ１内に収容され、そのアノードはヒューズＦ１の他方端子に接続され、そのカソードはコネクタＣＮ１の正電圧端子に接続される。ダイオードＤ１は、車両１００から充電装置１０に直流電流が逆流することを防止する。負電力線ＮＬ１１は、充電装置１０の負電圧端子１０ｂとコネクタＣＮ１の負電圧端子との間に接続される。

また、車両１００は、ＤＣインレット７０２、ＤＣリレー７０７、ヒューズＦ２、および蓄電装置１１０を備える。ＤＣリレー７０７は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を含む。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、蓄電装置１１０を充電する充電モード時に導通状態にされる。ＤＣインレット７０２の正電圧端子は、スイッチＳＷ１およびヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続される。ヒューズＦ２は、所定の定格電流を越える値の電流が流れた場合に溶断して蓄電装置１１０などを保護する。ヒューズＦ２の定格電流は、ヒューズＦ１の定格電流と同じである。ＤＣインレット７０２の負電圧端子は、スイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に接続される。

コネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２に嵌め込むと、コネクタＣＮ１の正電圧端子および負電圧端子とＤＣインレット７０２の正電圧端子および負電圧端子とがそれぞれ接続される。充電の開始が指令されると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。また、充電装置１０は、ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、商用交流電源１からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２０を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。これにより、蓄電装置１１０に直流電力が蓄えられる。

蓄電装置１１０の充電が終了すると、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が非導通状態にされる。コネクタＣＮ１は、ユーザによってＤＣインレット７０２から引き抜かれる。車両１００は、蓄電装置１１０の直流電力などによって駆動される。

また、図１（ｂ）に示すように、充電中にケーブル２０が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、充電装置１０内の保護回路によって充電装置１０の出力端子１０ａ，１０ｂがフローティング状態にされる。また、ダイオードＤ１が逆バイアス状態になって非導通になるので、蓄電装置１１０から短絡部ＳＰに電流が逆流することはない。ユーザによってＤＣリレー７０７が非導通にされると、ＤＣインレット７０２と蓄電装置１１０の間が電気的に遮断され、コネクタＣＮ１を安全に取り外すことが可能となる。

ところで、上記特許文献１には、車両の蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する放電装置が開示されている。充電装置と放電装置を別々に設けると効率が悪いので、車両１００の蓄電装置１１０の充電と放電の両方を行なうことが可能な充放電装置の開発が望まれる。

図２（ａ）は、図１（ａ）で示した充電システムを利用した充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図１（ａ）と対比される図である。図２（ａ）を参照して、この充放電システムが図１（ａ）の充電システムと異なる点は、充電装置１０が充放電装置１１で置換され、ケーブル２０がケーブル２１で置換されている点である。ケーブル２１は、ケーブル２０から逆流防止用のダイオードＤ１を除去したものである。電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１の一方端は、それぞれ充放電装置１１の正電圧端子１１ａおよび負電圧端子１１ｂに接続される。

充放電装置１１は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換器を含み、交流端子１１ｃ，１１ｄは家庭のコンセント２に接続される。コンセント２は、商用交流電源１から交流電力を受けるとともに、プラグ(図示せず)を介して家庭の電気機器（負荷）に接続される。充電または放電の開始が指令されると、車両１００においてＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２が導通状態にされる。

また、充放電装置１１は、充電モード時は、充電装置１０と同様に、コンセント２が接続された商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２１を介して車両１００内の蓄電装置１１０に供給する。また、充放電装置１１は、放電モード時は、蓄電装置１１０からケーブル２１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１および家庭の電気機器（負荷）に供給する。商用交流電源１に供給された交流電力は、たとえば他の家庭の電気機器（負荷）で使用される。

このような充放電システムによれば、電力需要の少ない時間帯に蓄電装置１１０を充電し、電力需要の多い時間帯に蓄電装置１１０を放電させることにより、電力需要のピークを低減させることができる。また、電力需要の少ない時間帯では電気料金が安いので、家庭の電気料金を節約することができる。また、停電などの非常時に、家庭の電気機器を使用することができる。

しかし、図２（ｂ）に示すように、放電モード時にケーブル２１が破損したり、切断されたりして電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間が短絡した場合は、蓄電装置１１０の正極からヒューズＦ２、スイッチＳＷ１、ヒューズＦ１、短絡部ＳＰ、およびスイッチＳＷ２を介して蓄電装置１１０の負極に大電流が流れる。

ＤＣリレー７０７に大電流が流れると、電気的反発（電磁反発）を起こし、スイッチＳＷ１，ＳＷ２が開こうとする。その際にアーク放電が発生し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の各々が溶着して導通状態に固定される。すなわち、ＤＣリレー７０７がオン固着されて導通状態に固定される。さらに、ヒューズＦ１がヒューズＦ２よりも先に溶断した場合、短絡電流は遮断されるが、ＤＣインレット７０２の端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されたままになる。

この状態でユーザがコネクタＣＮ１をＤＣインレット７０２から抜き取ると、蓄電装置１１０の電圧が印加されたＤＣインレット７０２の端子が露出してしまう。本願発明は、この問題を解決するものである。

[実施の形態１]
図３は、本発明の実施の形態１による充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図２（ａ）と対比される図である。図３において、この充放電システムは、車両１０５、ケーブル２５、および充放電装置１６を備える。

車両１０５は、蓄電装置１１０、ヒューズＦ２、ＤＣリレー７０７、ＤＣインレット７０４、電圧検出器７０５、ＥＣＵ（Electronic Control Unit)３００、および操作部３０１を含む。ＤＣリレー７０７は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を含む。ケーブル２５は、コネクタＣＮ５、ロック部２６、ヒューズＦ１、正電力線ＰＬ１１、負電力線ＮＬ１１、通信線ＣＬ１１、および制御線ＣＬ１２を含む。充放電装置１６は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７、ＥＣＵ１８、および操作部１９を含む。

ＤＣインレット７０４は、正電圧端子、負電圧端子、および通信端子を含む。コネクタＣＮ５は、正電圧端子、負電圧端子、および通信端子を含む。コネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４に嵌め込むと、コネクタＣＮ５の正電圧端子、負電圧端子、および通信端子とＤＣインレット７０４の正電圧端子、負電圧端子、および通信端子とがそれぞれ電気的に接続される。

コネクタＣＮ５の正電圧端子は、ヒューズＦ１および正電力線ＰＬ１１を介して双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７の正電圧端子１７ａに接続される。コネクタＣＮ５の負電圧端子は、負電力線ＮＬ１１を介して双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７の負電圧端子１７ｂに接続される。コネクタＣＮ５の通信端子は、通信線ＣＬ１１を介してＥＣＵ１８に接続される。双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７の交流端子１７ｃ，１７ｄは、コンセント２に接続される。

ロック部２６は、コネクタＣＮ５に固定されている。コネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４に嵌め込むと、ロック部２６によってコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４にロックすることが可能となっている。ロック部２６は、制御線ＣＬ１２を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８に接続されている。

ロック部２６は、充放電装置１６のＥＣＵ１８から制御線ＣＬ１２を介して与えられる制御信号によって制御され、ＤＣインレット７０４に嵌め込まれたコネクタＣＮ５の取り外しを不能にするロック状態と、ＤＣインレット７０４に嵌め込まれたコネクタＣＮ５の取り外しを可能にするアンロック状態とのうちのいずれか一方の状態にセットされる。たとえば、ロック状態では、ＤＣインレット７０４に設けられた孔にロック部２６からピンが挿入されてコネクタＣＮ５の取り外しが不能にされ、アンロック状態では、ＤＣインレット７０４の孔からロック部２６のピンが抜かれてコネクタＣＮ５の取り外しが可能にされる。

また、車両１０５においては、蓄電装置１１０の正極は、ヒューズＦ２およびスイッチＳＷ１を介してＤＣインレット７０４の正電圧端子に接続される。蓄電装置１１０の負極は、スイッチＳＷ２を介してＤＣインレット７０４の負電圧端子に接続される。電圧検出器７０５は、ＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間の電圧を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ３００に与える。操作部３０１は、複数のスイッチ、複数のボタンなどを含み、ユーザによって操作されたスイッチまたはボタンに応じて、車両１０５の電源のオン／オフ、蓄電装置１１０の充電の開始／停止、蓄電装置１１０の放電の開始／停止などを指令する信号をＥＣＵ３００に与える。

ＥＣＵ３００は、操作部３０１からの信号に基づいて所定の動作を行なう。具体的には、ＥＣＵ３００は、車両１０５の電源のオン（またはオフ）を指令する信号に応答して、車両１０５の電源をオン（またはオフ）する。車両１０５の電源がオフされると、スイッチＳＷ１，ＳＷ２はオフする。

また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０の充電の開始（または停止）を指令する信号に応答して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態（または非導通状態）にさせるとともに、通信線ＣＬ１１を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８に充電動作を開始（または停止）させる信号を送信する。

また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０の放電の開始を指令する信号に応答して、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態にさせるとともに、通信線ＣＬ１１を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８に放電動作を開始させる信号を送信する。

また、ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０の放電の停止を指令する信号に応答して、非導通状態になるようにスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御するとともに、通信線ＣＬ１１を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８に放電動作を停止させる信号を送信する。また、ＥＣＵ３００は、電圧検出器７０５からの信号に基づいて、ＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されているか否かを判別する。

なお、放電中にケーブル２５の電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間で短絡が発生してＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン固着している場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は非導通状態にならず、蓄電装置１１０の端子間電圧がＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に印加されたままになる。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン固着していない場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は非導通状態になるので、蓄電装置１１０の端子間電圧がＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に印加されることはない。

ＥＣＵ３００は、ＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されていると判別した場合は、コネクタＣＮ５の取り外しを不能にするために、通信線ＣＬ１１を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８にロック部２６をロック状態にさせる信号を送信する。

また、ＥＣＵ３００は、ＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されていないと判別した場合は、コネクタＣＮ５の取り外しを可能にするために、通信線ＣＬ１１を介して充放電装置１６のＥＣＵ１８にロック部２６をアンロック状態にさせる信号を送信する。

また、充放電装置１６においては、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７は、ＥＣＵ１８によって制御される。双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７は、充電モード時は、コンセント２が接続された商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をケーブル２５を介して車両１０５内の蓄電装置１１０に供給する。また、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７は、放電モード時は、蓄電装置１１０からケーブル２５を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をコンセント２に接続された商用交流電源１および家庭の電気機器（負荷）に供給する。商用交流電源１に供給された交流電力は、たとえば他の家庭の電気機器（負荷）で使用される。

操作部１９は、複数のスイッチ、複数のボタンなどを含み、ユーザによって操作されたスイッチまたはボタンに応じて、充放電装置１６の電源のオン／オフ、蓄電装置１１０の充電の開始／停止、蓄電装置１１０の放電の開始／停止などを指令する信号をＥＣＵ１８に与える。

ＥＣＵ１８は、操作部１９および車両１０５のＥＣＵ３００からの信号に基づいて所定の動作を行なう。具体的には、ＥＣＵ１８は、充放電装置１６の電源のオン（またはオフ）を指令する信号に応答して、充放電装置１６の電源をオン（またはオフ）する。また、ＥＣＵ１８は、操作部１９またはＥＣＵ３００からの蓄電装置１１０の充電の開始（または停止）を指令する信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７に充電動作を開始（または停止）させる。

また、ＥＣＵ１８は、操作部１９またはＥＣＵ３００からの蓄電装置１１０の放電の開始（または停止）を指令する信号に応答して、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７に放電動作を開始（または停止）させる。また、ＥＣＵ１８は、操作部１９またはＥＣＵ３００からの信号に応答して、ロック部２６をロック状態またはアンロック状態にセットする。

次に、この充放電システムの動作について説明する。ユーザがケーブル２５のコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４に嵌め込み、操作部１９，３０１を用いて充電の開始を指令すると、ＥＣＵ１８は、ロック部２６をロック状態にしてコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４から取り外し不能にする。

次に、ＥＣＵ１８は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７にＡＣ／ＤＣ変換動作を実行させ、コンセント２に接続されている商用交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換させる。また、ＥＣＵ３００は、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通させる。これにより、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７からケーブル２５を介して車両１０５に直流電力が供給され、蓄電装置１１０に直流電力が蓄えられる。

ユーザが操作部１９，３０１を用いて蓄電装置１１０の充電の停止を指令すると、ＥＣＵ１８は双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７の運転が停止させ、ＥＣＵ３００はＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を非導通状態にする。また、ＥＣＵ１８は、ロック部２６をアンロック状態にしてコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４から取り外し可能にする。ユーザは、ＤＣインレット７０４からコネクタＣＮ５を取り外す。車両１０５は、蓄電装置１１０の直流電力などによって駆動される。

また、ユーザがケーブル２５のコネクタＣＮ５をインレット７０４に嵌め込み、操作部１９，３０１を用いて放電の開始を指令すると、ＥＣＵ１８は、ロック部２６をロック状態にしてコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４から取り外し不能にし、また、ＥＣＵ３００は、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を導通状態にする。また、ＥＣＵ１８は、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７にＤＣ／ＡＣ変換動作を実行させ、蓄電装置１１０からケーブル２５を介して供給される直流電力を交流電力に変換させる。その交流電力は、コンセント２に接続された商用交流電源１や家庭の電気機器に供給される。これにより、電力需要のピークを低減させることができ、家庭の電気料金を節約することができる。

ユーザが操作部１９，３０１を用いて蓄電装置１１０の放電の停止を指令すると、ＥＣＵ１８は双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７の運転が停止させ、ＥＣＵ３００は、非導通状態になるようにＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する。蓄電装置１１０の放電が正常に行なわれた場合は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は非導通状態になり、蓄電装置１１０とＤＣインレット７０４は電気的に遮断されるので、電圧検出器７０５によって蓄電装置１１０の端子間電圧が検出されることはない。この場合は、ＥＣＵ３００からＥＣＵ１８にロック部２６をアンロック状態にさせることを指令する信号が送信され、ＥＣＵ１８によってロック部２６がアンロック状態にされる。ユーザは、ＤＣインレット７０４からコネクタＣＮ５を取り外し、蓄電装置１１０の放電を終了する。

また、蓄電装置１１０の放電中に電力線ＰＬ１１，ＮＬ１１間で短絡が発生し、ヒューズＦ１が溶断し、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオン固着し、ヒューズＦ２が溶断していない場合は蓄電装置１１０の端子間電圧がコネクタ７０３の正電圧端子および負電圧端子間に印加されたままになる。この場合は、ＥＣＵ３００からＥＣＵ１８にロック部２６をロック状態にさせることを指令する信号が送信され、ＥＣＵ１８によってロック部２６がロック状態にされる。したがって、ユーザは、ＤＣインレット７０４からコネクタＣＮ５を取り外すことができないので、蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されたＤＣインレット７０４の端子が露出することはない。

図４は、放電モード時におけるＥＣＵ１８，３００の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１においてＥＣＵ１８，３００は、放電開始指令が有るまで待機し、放電開始指令が有った場合はステップＳ２においてロック部２６をロック状態にする。ステップＳ３においてＥＣＵ１８，３００は、ＤＣリレー７０７を導通させ、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７に放電動作（ＤＣ／ＡＣ変換動作）を開始させる。

ステップＳ４においてＥＣＵ１８，３００は、放電停止指令が有るか、車両１０５の電源がオフされるまで待機する。放電停止指令が有ったか、車両１０５の電源がオフされた場合は、ステップＳ５においてＤＣリレー７０７を非導通にし、双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ１７に放電動作（ＤＣ／ＡＣ変換動作）を停止させる。

ステップＳ６においてＥＣＵ１８，３００は、電圧検出器７０５によって蓄電装置１１０の端子間電圧が検出されたか否かを判別する。電圧検出器７０５によって蓄電装置１１０の端子間電圧が検出された場合は、ステップＳ７においてロック部２６をロック状態に維持し、コネクタＣＮ５の取り外しを不能にする。電圧検出器７０５によって蓄電装置１１０の端子間電圧が検出されない場合は、ステップＳ８においてロック部２６をアンロック状態にし、コネクタＣＮ５の取り外しを可能にする。

なお、ステップＳ７においてロック部２６がロック状態に維持された場合に、故障が発生したことを音、光、画像などによってユーザに報知する報知手段を設けてもよい。また、ステップＳ７においてロック部２６がロック状態に維持された場合に、ユーザが操作部１９，３０１を操作してロック部２６をアンロック状態にできるようにしてもよいし、充放電装置１７の電源をオフしたときはロック部２６がアンロック状態にされるようにしてもよい。

図５は、図３に示した車両１０５の構成を詳細に示す回路ブロック図である。図５において、車両１０５は、ハイブリッド車両であって、蓄電装置１１０と、ヒューズＦ２と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０，１３５と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、エンジン１６０と、制御装置であるＥＣＵ３００とを備える。ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２，１２３と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電装置１１０は、ヒューズＦ２と、ＳＭＲ１１５と、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１とを介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１０５の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０，１３５で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

蓄電装置１１０は、いずれも図示しないが電圧センサおよび電流センサを含み、これらのセンサによって検出された、蓄電装置１１０の電圧ＶＢおよび電流ＩＢをＥＣＵ３００へ出力する。

ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの正電圧側のスイッチの一方端子は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０の正極に接続され、その他方端子は正電力線ＰＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。ＳＭＲ１１５に含まれる２つのスイッチのうちの負電圧側のスイッチの一方端子は、蓄電装置１１０の負極に接続され、その他方端子は負電力線ＮＬ１を介してコンバータ１２１に接続される。

そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。ヒューズＦ２は、過電流が流れたときに溶断し、過電流から蓄電装置１１０などを保護する。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１と正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２，１２３は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１に並列に接続される。インバータ１２２，１２３は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２にそれぞれ基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０，１３５をそれぞれ駆動する。

コンデンサＣ１は、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ１および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１の間に設けられ、正電力線ＰＬ２および負電力線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０，１３５は交流回転電動機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０，１３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構を含んで構成される動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１０５を走行させる。モータジェネレータ１３０，１３５は、車両１０５の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

また、モータジェネレータ１３０，１３５は動力伝達ギヤ１４０を介してエンジン１６０とも結合される。そして、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１３０，１３５およびエンジン１６０が協調的に動作されて必要な車両駆動力が発生される。さらに、モータジェネレータ１３０，１３５は、エンジン１６０の回転により発電が可能であり、この
発電電力を用いて蓄電装置１１０を充電することができる。なお、本実施の形態１においては、モータジェネレータ１３５は専ら駆動輪１５０を駆動するための電動機として用いられ、モータジェネレータ１３０は専らエンジン１６０により駆動される発電機として用いられる。

なお、図５においては、モータジェネレータが２つ設けられる構成が例として示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータが１つの場合、あるいは２つより多くのモータジェネレータを設ける構成としてもよい。また、車両１０５は、エンジンを搭載しない電気自動車であってもよく、燃料電池車であってもよい。

車両１０５は、充放電装置１６によって蓄電装置１１０を充放電するための構成として、操作部３０１、ＤＣインレット７０４、電圧検出器７０５、ＤＣリレー７０７、およびヒューズＦ２を含む。これらの構成および動作については、図１〜図４を用いて説明したので、その説明は繰り返さない。

また、車両１０５は、外部交流電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、充電器２００と、充電リレーＣＨＲ２１０と、交流接続部であるＡＣインレット２２０とを含む。

交流充放電時は図６に示すように、ＡＣインレット２２０に、充電ケーブル４００の充電コネクタ４１０が接続される。そして、外部交流電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１０５に伝達される。

充電ケーブル４００は、充電コネクタ４１０に加えて、外部交流電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、充電コネクタ４１０およびプラグ４２０とを接続する電力線４４０とを含む。電力線４４０には、外部交流電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（以下、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）とも称する。）４３０が介挿される。

充電器２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、ＡＣインレット２２０に接続される。また、充電器２００は、ＣＨＲ２１０およびヒューズＦ２を介して、蓄電装置１１０に接続される。

充電器２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤによって制御され、ＡＣインレット２２０から供給される交流電力を、蓄電装置１１０の充電電力に変換する。

車両１０５は、外部に電力を供給するための構成として、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１と、放電リレーＤＣＨＲ２１１とをさらに含む。なお、ＡＣインレット２２０は、交流電力を出力する接続部としても共用される。

ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０に接続される。ＡＣ１００Ｖインバータ２０１は、蓄電装置１１０からの直流電力またはモータジェネレータ１３０，１３５により発電されてＰＣＵ１２０で変換された直流電力を交流電力に変換して、車両外部へ給電することも可能である。なお、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１に代えて、他の交流電圧または直流電圧を出力する装置を設けてもよい。また、充電器２００とＡＣ１００Ｖインバータ２０１とは、充電および給電の双方向の電力変換が可能な１つの装置であってもよい。

ＣＨＲ２１０は、ヒューズＦ２を介して蓄電装置１１０に接続されるとともに、充電器２００に接続される。ＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２によって制御され、充電器２００と蓄電装置１１０との間の電力の供給と遮断とを切換える。ＤＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、ＡＣインレット２２０とＡＣ１００Ｖインバータ２０１との間の電力経路の接続と遮断とを切換える。なお、図４に示す充電時には、ＣＨＲ２１０は接続状態に制御され、ＤＣＨＲ２１１は遮断状態に制御される。

ＥＣＵ３００は、エアコンなどの初期設定を記憶しておくための不揮発性メモリ３７０を含む。いずれも図５には図示しないが、ＥＣＵ３００は、さらに、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、蓄電装置１１０および車両１０５の各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０からの電圧ＶＢおよび電流ＩＢの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を演算する。

ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００の接続状態を示すプロキシメトリディテクション信号ＰＩＳＷ（以下、ディテクション信号ＰＩＳＷと称する）を充電コネクタ４１０から受ける。また、ＥＣＵ３００は、充電ケーブル４００のＣＣＩＤ４３０からコントロールパイロット信号ＣＰＬＴ（以下、パイロット信号ＣＰＬＴと称する）を受ける。ＥＣＵ３００は、これらの信号に基づいて充電動作を実行する。

なお、図５においては、ＥＣＵ３００として１つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、ＰＣＵ１２０用の制御装置や蓄電装置１１０用の制御装置などのように、機能ごと、または制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

次に、交流電力の充放電について説明する。交流電力の充電時に使用されるパイロット信号ＣＰＬＴおよびディテクション信号ＰＩＳＷ、ならびに、ＡＣインレット２２０および充電コネクタ４１０の形状，端子配置などの構成は、たとえば、米国のＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）や国際電気標準会議（International Electrotechnical Commission：ＩＥＣ）等において規格化されている。

ＣＣＩＤ４３０は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサおよびコントロールパイロット信号の入出力を行なうとともに、充電ケーブル４００の充電動作を制御する。

なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、ＥＣＵ３００によって操作される。また、デューティサイクルは、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０５へ供給可能な定格電流に基づいて設定される。

パイロット信号ＣＰＬＴは、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位から低下すると、規定の周期で発振する。ここで、外部交流電源５００から充電ケーブル４００を介して車両１０５へ供給可能な定格電流に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅が設定される。すなわち、この発振周期に対するパルス幅の比で示されるデューティによって、パイロット信号ＣＰＬＴを用いてＣＣＩＤ４３０中のコントロールパイロット回路から車両１０５のＥＣＵ３００へ定格電流が通知される。

なお、定格電流は、充電ケーブル毎に定められており、充電ケーブル４００の種類が異なれば定格電流も異なる。したがって、充電ケーブル４００毎にパイロット信号ＣＰＬＴのデューティも異なることになる。

ＥＣＵ３００は、受信したパイロット信号ＣＰＬＴのデューティに基づいて、充電ケーブル４００を介して車両１０５へ供給可能な定格電流を検知することができる。

ＣＣＩＤ４３０内部のリレーの接点が閉じられると、充電器２００に外部交流電源５００からの交流電力が与えられ、外部交流電源５００から蓄電装置１１０への充電準備が完了する。ＥＣＵ３００は、充電器２００に対し制御信号ＰＷＤを出力することによって、外部交流電源５００からの交流電力を蓄電装置１１０が充電可能な直流電力に変換する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してＣＨＲ２１０の接点を閉じることにより、蓄電装置１１０への充電を実行する。

また、いわゆるスマートグリッドのように、車両を電力供給源として考え、車両に蓄えられた電力を車両外部の電気機器へ供給することが検討されている。また、キャンプや屋外での作業などで電気機器を使用する場合の電源として、車両が使用される場合もある。

この場合、外部充電を行なう際に充電ケーブル４００が接続されるＡＣインレット２２０を介して車両からの電力供給を行なうことができれば、電気機器接続用のアウトレットを別個に設ける必要がなく、車両側の改造の必要性が不要または削減できるので好適である。

そこで、本実施の形態１では、ＡＣインレット２２０を介して車両外部の電気機器に交流電力を供給することが可能となっている。この場合、ＡＣインレット２２０と電気機器のプラグとを結合する給電コネクタ(図示せず)がＡＣインレット２２０に嵌め込まれる。この給電コネクタを接続することによって、ＡＣ１００Ｖインバータ２０１で生成された交流電力を家庭用の電気機器に供給することが可能となる。

[実施の形態２]
図７は、本発明の実施の形態２による充放電システムの要部を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図８は、図７に示した車両１０６の構成を示す回路ブロック図であって、図５と対比される図である。図７および図８を参照して、この充放電システムが図３〜図６で示した充放電システムと異なる点は、車両１０５が車両１０６と置換される点である。

車両１０６は、車両１０５に開閉器７０８を追加したものである。開閉器７０８はスイッチＳＷ３を含む。スイッチＳＷ３は、ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１とヒューズＦ２の間に接続される。スイッチＳＷ３は、ＥＣＵ３００によって制御され、通常は導通状態にされる。ＤＣリレー７０７のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のようにオン固着しないように、スイッチＳＷ３として定格電流の大きなスイッチが使用されている。

この充放電システムでは、図４のステップＳ７においてロック部２６がロック状態に維持された場合、操作部１９，３０１を用いてロック部２６をアンロック状態にすることが可能となっている。ＥＣＵ１９，３００は、操作部１９または３０１からロック部２６をアンロック状態にすることが指令された場合は、開閉器７０８のスイッチＳＷ３を非導通状態にさせるとともに、ロック部２６をアンロック状態にする。

すなわち、実施の形態１で説明したように、放電時にＤＣリレー７０７がオン固着し、ＤＣインレット７０４の正電圧端子および負電圧端子間に蓄電装置１１０の端子間電圧が印加されたままになり、ロック部２６がロック状態に固定されたものとする。このままではコネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４から取り外すことができず、車両を移動させることができない。

コネクタＣＮ５をＤＣインレット７０４から取り外したい場合、ユーザは、操作部１９または３０１を用いてロック部２６をアンロック状態にすることを指令する。その指令に応答してＥＣＵ３００は、開閉器７０８のスイッチＳＷ３を非導通状態にする。これにより、蓄電装置１１０の正極とＤＣインレット７０４の正電圧端子との間が電気的に遮断され、蓄電装置１１０の端子間電圧が電圧検出器７０５によって検出されなくなる。

蓄電装置１１０の端子間電圧が電圧検出器７０５によって検出されなくなったので、ＥＣＵ３００は通信線ＣＬ１１を介してＥＣＵ１８にロック部２６をアンロック状態にさせることを指令する。ＥＣＵ１８は、ＥＣＵ３００からの指令に応答して、制御線ＣＬ１２を介してロック部２６をアンロック状態にする。これにより、蓄電装置１１０の電圧がＤＣインレット７０４において露出することが防止されるとともに、ユーザはコネクタ７０４を安全に取り外すことができる。

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。本発明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。

１ 商用交流電源、２，５１０ コンセント、１０ 充電装置、１１，１６ 充放電装置、１７ 双方向ＡＣ／ＤＣコンバータ、１８，３００ ＥＣＵ、１９，３０１ 操作部、２０，２１，２５ ケーブル、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ１１ 正電力線、ＮＬ１，ＮＬ１１ 負電力線、Ｆ１，Ｆ２ ヒューズ、Ｄ１ ダイオード、ＣＮ１，ＣＮ５ コネクタ、２６ ロック部、１００，１０５，１０６ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ システムメインリレー、１２０ ＰＣＵ、１２１ コンバータ、１２２，１２３ インバータ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、１３０，１３５ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１６０ エンジン、２００ 充電器、２０１ ＡＣ１００Ｖインバータ、２１０ 充電リレー、２１１ 放電リレー、２２０ ＡＣインレット、３００ ＥＣＵ、３７０ 不揮発性メモリ、４００ 充電ケーブル、４１０ 充電コネクタ、４２０ プラグ、４３０ ＣＣＩＤ、４４０，ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、５００ 外部交流電源、７０２，７０４ ＤＣインレット、７０５ 電圧検出器、７０７ ＤＣリレー、ＳＷ１〜ＳＷ３ スイッチ、７０８ 開閉器。

Claims (4)

1. 車両とケーブルと充放電装置を備え、
   前記車両は、
   直流電力を蓄える蓄電装置と、
   一方端子が前記蓄電装置に接続され、前記蓄電装置を充電させる充電モード時と前記蓄電装置を放電させる放電モード時とに導通状態にされるリレーと、
   前記リレーの他方端子に接続されたインレットとを含み、
   前記ケーブルは、
   前記インレットに接続されるコネクタと、
   一方端が前記コネクタに接続され、他方端が前記充放電装置に接続された電力線と、
   前記インレットに接続された前記コネクタの取り外しを不能にするロック状態と前記インレットに接続された前記コネクタの取り外しを可能にするアンロック状態とを有するロック部とを含み、
   前記充放電装置は、前記充電モード時は、前記車両の外部から直流電力を前記ケーブルを介して前記蓄電装置に供給し、前記放電モード時は、前記蓄電装置から前記ケーブルを介して供給される直流電力を受けて前記車両の外部の負荷に電力を供給し、
   前記ロック部は、前記放電モード時は前記ロック状態に設定され、前記放電モードの終了後において前記蓄電装置の電圧が前記インレットに印加されていない場合は前記アンロック状態に設定され、前記蓄電装置の電圧が前記インレットに印加されている場合は前記ロック状態に維持される、充放電システム。
2. 前記車両は、さらに、前記蓄電装置と前記リレーの一方端子との間に接続された第１のヒューズを含み、
   前記ケーブルは、さらに、前記コネクタと前記電力線の一方端との間に接続された第２のヒューズを含む、請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記車両は、
   さらに、前記インレットの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記リレーを制御する第１の制御装置とを含み、
   前記充放電装置は、前記ロック部を制御する第２の制御装置を含み、
   前記第１および第２の制御装置は通信線によって結合され、
   前記第１の制御装置は、前記放電モード時に前記蓄電装置の放電の停止が指令された場合、非導通状態になるように前記リレーを制御した後に、前記電圧検出器の検出結果に基づいて前記蓄電装置の電圧が前記インレットに印加されているか否かを判別し、前記蓄電装置の電圧が前記インレットに印加されていると判別した場合は前記ロック部を前記ロック状態にさせる第１の信号を前記通信線を介して前記第２の制御装置に送信し、前記蓄電装置の電圧が前記インレットに印加されていないと判別した場合は前記ロック部を前記アンロック状態にさせる第２の信号を前記通信線を介して前記第２の制御装置に送信し、
   前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置から送信された前記第１または第２の信号に基づいて前記ロック部を前記ロック状態または前記アンロック状態にする、請求項１または請求項２に記載の充放電システム。
4. 前記車両は、さらに、前記蓄電装置と前記インレットとの間に前記リレーと直列接続され、前記ロック状態にされた前記ロック部を前記アンロック状態にする場合に非導通状態にされる開閉器を備える、請求項３に記載の充放電システム。

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