JP2010081704A - 充電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源から充電器を介してバッテリの充電を行うことができる自動車に搭載された充電制御装置において、外部電源からバッテリの充電を行なっているときに、充電器が収容された空間の扉が開放状態にされた場合でも、安全を考慮しつつ、バッテリの充電を行なうことができるようにする。
【解決手段】充電制御装置３８は、充電器３６の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上の場合、冷却ファン４６の運転を停止させるとともに充電器３６によるバッテリ３０の充電を中止して待機させ（Ｓ１０２）、充電器３６の温度Ｔが所定温度Ｔ１未満の場合、冷却ファン４６の運転を停止させたまま充電器３６によるバッテリ３０の充電を継続させる（Ｓ１０７）。これにより、扉が開放状態にされたときであっても、安全を考慮しつつ、バッテリ３０の充電を行なうことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば家庭用電力源から充電器を介してバッテリの充電を行うことができる自動車であるプラグインハイブリッド自動車およびプラグイン電気自動車において、充電器によるバッテリの充電を制御するための充電制御装置の改良に関する。

車両を駆動するモータに電力を供給する電力源として、充放電可能なバッテリが用いられる。このバッテリに家庭用電力源などの外部電源から充電器を介して充電を行えるように構成されたプラグインハイブリッド自動車およびプラグイン電気自動車が実用化に向け開発されている。

このような自動車に用いられる充電器は、一般的に、ボンネットルームなどのような、車体と開閉可能な扉とにより形成された空間に収容される場合がある。この場合、同じ空間に、充電器の冷却を図るための冷却ファンが収容される。

下記特許文献１には、ハイブリッド車両において、バッテリの充電を行っているときにエンジンルームのボンネットが開放状態にされた場合、安全を考慮して、バッテリの充電を中止する充電制御技術が記載されている。

特開２００７−１８９７６０号公報

しかしながら、上記特許文献１の充電制御技術によれば、バッテリの充電中にボンネットが開放状態にされた場合、必要以上にバッテリの充電が中止されてしまい、バッテリに十分に蓄電することができないという問題があった。

本発明の目的は、充電器を介して外部電源からバッテリに充電を行なっているときに、充電器とこれを冷却する冷却ファンとが収容された空間の扉が開放状態にされた場合でも、安全を考慮しつつ、バッテリの充電を行なうことができる充電制御装置を提供することにある。

本発明は、車体と開閉可能な扉とにより形成された空間に収容された充電器を備え、この充電器を介して外部電源からバッテリに充電を行うように構成された車両における充電制御装置において、扉の開閉を検知する扉開閉検知手段と、充電器の温度を検出する温度検出手段と、温度検出部により検出された充電器の温度が所定温度以上の場合、運転して充電器を冷却する冷却ファンと、充電器によるバッテリの充電を行っているときに、扉開閉検知手段により検知される扉の開閉状態と温度検出手段により検出される充電器の温度とに基づいて充電器と冷却ファンとの動作を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

また、制御手段は、扉が開状態のときに、充電器の温度が所定温度以上の場合、冷却ファンの運転を停止させるとともに充電器によるバッテリの充電を中止して待機させ、扉が開状態のときに、充電器の温度が所定温度未満の場合、冷却ファンの運転を停止させたまま充電器によるバッテリの充電を継続させることができる。

また、制御手段は、充電器の充電を中止して待機させた後に、充電器の温度が所定温度未満に下がった場合、充電器によるバッテリの充電を再開させることができる。

また、制御手段は、充電器によるバッテリの充電を中止して待機させてから、充電器の温度が所定温度未満に下がらずに所定時間経過した場合、充電制御装置の機能を遮断させることができる。

さらに、車両は、エンジンとモータとを搭載し、これらの原動機の出力により走行するハイブリッド車両であり、制御手段は、エンジンが停止している場合のみ、充電器と冷却ファンとの動作を制御することができる。

本発明の充電制御装置によれば、充電器を介して外部電源からバッテリに充電を行なっているときに、充電器とこれを冷却する冷却ファンが収容された空間の扉が開放状態にされた場合でも、安全を考慮しつつ、バッテリの充電を行なうことができる。

以下、本発明に係る充電制御装置の実施形態について、図に従って説明する。なお、本発明に係る実施形態では、モータの出力により走行する車両の一例としてハイブリッド車両を挙げ、これに搭載される充電制御装置について説明する。

まず、本実施形態に係る充電制御装置を搭載するハイブリッド車両（以下、単に、車両と記す）１０の構成について、図１を用いて説明する。車両１０は、原動機として内燃機関（以下、エンジンと記す）１２と、第一のモータ（以下、第一ＭＧと記す）１４と、第二のモータ（以下、第二ＭＧと記す）１６とを有する。原動機１２，１４，１６には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１８が接続されている。動力分配統合機構１８には、減速機構２０を介して駆動輪２２が接続されている。各原動機１２，１４，１６の動力は、動力分配統合機構１８により統合された後、減速機構２０を介して駆動輪２２に伝達され、車両１０が走行する。

車両１０は、エンジン１２と第一及び第二ＭＧ１４，１６の出力を制御することにより、様々な態様の走行を行うことができる。例えば、エンジン１２または第二ＭＧ１６のどちらか一方で走行する、エンジン１２と第二ＭＧ１６とを協調して走行する、またエンジン１２の出力の一部により第一ＭＧ１４で発電を行うなど様々な態様の走行を行うことができる。さらに、減速時において、駆動輪２２から入力される車両１０の運動エネルギにより第二ＭＧ１６で回生発電を行うこともできる。

第一及び第二ＭＧ１４，１６は、発電機として機能するとともに、電動機として機能する同期モータである。第一及び第二ＭＧ１４，１６は、第一及び第二インバータ２４，２６とコンバータ２８を介してバッテリ３０に電気的に接続される。

バッテリ３０は、充放電可能な二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などで構成される。バッテリ３０は、複数のセルを直列に接続して構成されるモジュールを複数有し、これらのモジュールをさらに直列接続している。すなわち、バッテリ３０は、直列接続されたモジュールに含まれるセルをすべて直列接続している。これにより、バッテリ３０は、車両１０を駆動するのに必要な高電圧を確保する。なお、バッテリ３０は、大容量コンデンサとすることもできる。

コンバータ２８は、リアクトルとスイッチング素子とを有し、スイッチング素子のスイッチング動作によりリアクトルにおけるエネルギの蓄積と放出とを繰り返し、入力電圧を変換して出力電圧を得る装置である。本実施形態のコンバータ２８は、直流電力を昇圧および降圧する双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。

第一及び第二インバータ２４，２６は、第一及び第二ＭＧ１４，１６にそれぞれ対応して設けられている。第一及び第二インバータ２４，２６は、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする装置である。

バッテリ３０に蓄えられた電力は、コンバータ２８に供給されると、コンバータ２８により昇圧され、第一及び第二インバータ２４，２６に供給される。そして、昇圧された電力は、第一及び第二インバータ２４，２６により直流電力から三相交流電力に変換された後に、第一及び第二ＭＧ１４，１６に供給されて、これらのＭＧ１４，１６を駆動する。また、回生時に第一及び第二ＭＧ１４，１６で発電された電力は、第一及び第二インバータ２４，２６により三相交流電力から直流電力に変換された後に、コンバータ２８に供給される。そして、直流電力は、コンバータ２８により降圧された後に、バッテリ３０に送られて蓄えられる。

本実施形態の車両１０は、家庭用電力源などの外部電源３２からバッテリ３０の充電を行なうことができるプラグインハイブリッド自動車である。このため、車両１０は、外部電源３２に電気的に接続可能なプラグ３４と、プラグ３４から入力された外部電源３２の電力をバッテリ３０に供給する充電器３６と、充電器３６の動作を制御する充電制御装置３８とを有する。充電器３６は、外部電源３２の交流電力を直流電力に変換し、外部電源３２の電圧を所望の電圧まで昇圧してバッテリ３０に供給する。

充電制御装置３８は、充電器３６と、後述する充電器３６の周辺機器とを制御するものである。充電制御装置３８は、一つの態様では、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働により実現され、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。具体的には、充電制御装置３８の機能は、記録媒体に記録された制御プログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵ（Central Processing Unit）により実行されることによって実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されて提供されることも可能であり、また、データ信号として通信により提供されることも可能である。ただし、充電制御装置３８は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。また、充電制御装置３８は、物理的に１つの装置により実現されてもよいし、複数の装置により実現されてもよい。充電制御装置３８の具体的な動作については後述する。

本実施形態の車両１０においては、エンジン１２を収容するエンジンコンパートメント（図示せず）に充電器３６も収容される。エンジンコンパートメントにはユーザにより開閉可能な扉（図示せず）が取り付けられている。この扉には、これの開閉を検知する扉開閉検知センサ３９が設けられている。扉開閉検知センサ３９は、充電制御装置３８に接続されており、扉開閉検知センサ３９により検知された扉の状態、すなわち開状態または閉状態が充電制御装置３８に出力される。なお、本実施形態においては、充電器３６がエンジンコンパートメントに収容される場合について説明したが、これに限定されず、車体と開閉可能な扉とにより形成された空間、例えばトランクルームに充電器３６が収容されてもよい。

車両１０は、充電器３６を、冷却水を介して冷却する冷却システム４０を有する。冷却システム４０は、充電器３６と同様、エンジンコンパートメントに収容される。冷却システム４０の構成について図２を用いて説明する。冷却システム４０には、充電器３６と、これに対応して設けられたラジエータ４２とを接続し、冷却水が循環する循環路４４が形成されている。

ラジエータ４２には、これに空気を送る冷却ファン４６が取り付けられている。冷却ファン４６は、電動ファンであり、駆動用モータ（図示せず）が冷却ファン４６を調節可能に駆動する。冷却ファン４６の駆動により、ラジエータ４２に空気が送られ、ラジエータ４２を流れる冷却水が効果的に放熱される。冷却ファン４６からラジエータ４２に空気が送られる状態とは、冷却ファン４６からラジエータ４２に向けて空気が送り出される状態と、ラジエータ４２から冷却ファン４６に空気が吸い込まれる状態のことである。

循環路４４には、図に示す矢印の方向に冷却水を循環させるポンプ４８が設けられている。このポンプ４８は、電動ポンプであり、駆動用モータ（図示せず）がポンプ４８を調節可能に駆動する。ポンプ４８の駆動により、ラジエータ４２で放熱された冷却水が充電器３６を流れ、充電器３６と冷却水の間で熱交換が行われるので、充電器３６が冷却される。

また、循環路４４であって、充電器３６の出口側に接続された循環路４４には、冷却水の温度Ｔを検出する温度センサ５０が設けられている。これにより、温度センサ５０は、冷却水を介して充電器３６の温度を検出することができる。温度センサ５０は、充電制御装置３８に接続されており、温度センサ５０により検出された温度Ｔは充電制御装置３８に出力される。なお、温度センサ５０は、冷却水を介して充電器３６の温度を検出しているが、充電器３６に温度センサ５０を設けることで、充電器３６の温度を直接に検出することもできる。

充電制御装置３８は、冷却水の温度Ｔと冷却ファン４６の回転速度とを対応づけたマップを記憶している。このマップから、冷却水の温度Ｔに対応する冷却ファン４６の回転速度が設定される。充電制御装置３８は、冷却水の温度Ｔに基づいて設定された冷却ファン４６の回転速度が現状の回転速度と異なる場合、充電制御装置３８は、設定された回転速度を示す制御信号を冷却ファン４６に出力する。その制御信号により、冷却ファン４６の回転速度が変更され、冷却ファン４６の風量が変更される。具体的には、充電器３６の負荷が大きくなり、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になった場合、冷却ファン４６の回転速度が設定され、冷却ファン４６が運転する。この制御により、冷却ファン４６からラジエータ４６に空気が送られてラジエータ４６の放熱量が向上するので、効果的に充電器３６の負荷を処理することができる。一方、充電器３６の負荷が小さくなり、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔ１未満になった場合、冷却ファン４６の駆動用モータの電力消費量を考慮して、冷却ファン４６はその運転を停止するように制御される。なお、本実施形態においては、充電制御装置３８が冷却ファン４６の回転速度を「停止」−「運転」の１段階に制御する場合について説明したが、冷却ファン４６の回転速度を複数段階、例えば「停止」−「小」−「中」−「大」の３段階に制御することもできる。

また、充電制御装置３８は、冷却水の温度Ｔとポンプ４８の回転速度とを対応づけたマップを記憶している。このマップから、冷却水の温度Ｔに対応するポンプ４８の回転速度が設定される。充電制御装置３８は、冷却水の温度Ｔに基づいて設定されたポンプ４８の回転速度が現状の回転速度と異なる場合、充電制御装置３８は、設定された回転速度を示す制御信号をポンプ４８に出力する。その制御信号により、ポンプ４８の回転速度が変更され、ポンプ４８の流量が変更される。具体的には、充電器３６の負荷が大きくなり、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔ１以上になった場合、ポンプ４８の回転速度が設定され、ポンプ４８が運転する。この制御により、循環路３６に冷却水が流れて充電器３６の吸熱量と、ラジエータ４６の放熱量とが向上するので、効果的に充電器３６の負荷を処理することができる。一方、充電器３６の負荷が小さくなり、冷却水の温度Ｔが所定温度Ｔ１未満になった場合、ポンプ４８の駆動用モータの電力消費量を考慮して、ポンプ４８はその運転を停止するように制御される。なお、本実施形態においては、充電制御装置３８がポンプ４８の回転速度を「停止」−「運転」の１段階に制御する場合について説明したが、ポンプ４８の回転速度を複数段階、例えば「停止」−「小」−「中」−「大」の３段階に制御することもできる。

従来技術で述べたように、外部電源からバッテリに充電を行っているときに、充電器が収容された空間の扉が開放状態にされた場合、通常、バッテリの充電が中止される。このような充電制御を行うと、必要以上にバッテリの充電が中止されてしまい、バッテリに十分に蓄電することができないという問題があった。

そこで、この問題を解決するために、本発明に係る充電制御装置３８は、充電器３６によるバッテリ３０の充電を行っているときに、扉開閉検知センサ３９により検知される扉の開閉状態と温度センサ５０により検出される温度Ｔとに基づいて充電器３６と冷却ファン４６との動作を制御することを特徴とする。

外部電源３２からバッテリ３０に充電を行なっているときの充電制御装置３８の具体的な制御動作について図を用いて説明する。図３は、充電制御装置３８の制御動作例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１００において、扉開閉検知センサ３９から扉の開閉状態が検知され、扉が開状態であるか否かが判定される。扉が開状態である場合には、ステップＳ１０１に移行する、一方、扉が開状態でない、すなわち閉状態である場合には、ステップＳ１０６に移行し、安全性に問題がないとして、充電器３６によるバッテリ３０の充電がそのまま継続され、制御動作が終了する。

ステップＳ１０１において、温度センサ５０から冷却水の温度Ｔ、すなわち充電器３６の温度が検出され、この温度Ｔが所定温度Ｔ１以上であるか否かが判定される。温度Ｔが所定温度Ｔ１以上である場合には、ステップＳ１０２に移行する。一方、温度Ｔが所定温度Ｔ１未満である場合には、ステップＳ１０７に移行し、充電器３６の負荷が小さいため、冷却ファン４６が停止したまま充電器３６のよるバッテリ３０の充電が継続される。その後、再びステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０２において、冷却ファン４６の運転を停止させるとともに充電器３６によるバッテリ３０の充電を中止して待機させ、ステップＳ１０３に移行する。扉が開放状態のときに冷却ファン４６が運転している場合、安全性に問題がある。そのため、冷却ファン４６の運転を停止させる。また、冷却ファン４６の停止により、充電器３６の負荷が処理されなくなり充電器３６が故障してしまう可能性がある。これを防止するため、充電器３６の動作も停止させる。

ステップＳ１０３において、温度センサ５０から冷却水の温度Ｔが検出され、この温度Ｔが所定温度Ｔ１以上であるか否かが判定される。温度Ｔが所定温度Ｔ１以上である場合には、ステップＳ１０４に移行する。一方、温度Ｔが所定温度Ｔ１未満である場合には、ステップＳ１０８に移行し、充電器３６の負荷が小さくなったため、冷却ファン４６が停止したまま充電器３６のよるバッテリ３０の充電が再開される。その後、再びステップＳ１０１に戻る。

ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２の動作から所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間が経過した場合には、ステップＳ１０５に移行する。所定時間が経過していない場合には、ステップＳ１０３に戻る。

ステップＳ１０５において、充電制御装置３８の機能が遮断される。すなわち、充電制御装置３８に内蔵されるＣＰＵの動作が遮断され、制御動作が終了する。これにより、冷却ファン４６と充電器３６によるバッテリ３０の充電とが完全に停止するため、安全性が確保されるとともに充電器３６の故障も防止することができる。

本実施形態の充電制御装置３８によれば、充電器３６を介して外部電源３２からバッテリ３０に充電を行なっているときに、充電器３６と冷却ファン４６とが収容されたエンジンコンパートメントの扉が開放状態にされたときであっても、温度Ｔが所定温度Ｔ１未満であるという条件を満たせば、安全を考慮しつつ、バッテリ３０の充電を行なうことができる。

本実施形態においては、冷却システム４０が、冷却水を介して冷却ファン４６により充電器３６を冷却する、いわゆる水冷式である場合について説明したが、この構成に限定されない。冷却ファン４６が送り出す空気により充電器３６を直接冷却する、いわゆる空冷式とすることもできる。空冷式の場合、温度センサ５０は充電器３６に設けられ、充電器３６の温度を直接検出する。

また、本実施形態において、冷却システム４０が充電器３６のみを冷却する場合について説明したが、この構成に限定されない。充電器３６のほかに、例えば、第一及び第二ＭＧ１４，１６、第一及び第二インバータ２４，２６、コンバータ２８、またはバッテリ３０などの複数の電気機器を冷却することもできる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す図である。 充電器を冷却する冷却システムの構成を示す図である。 充電制御装置の制御動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド車両、３０ バッテリ、３２ 外部電源、３６ 充電器、３８ 充電制御装置、３９ 扉開閉検知センサ、４６ 冷却ファン、５０ 温度センサ。

Claims (5)

1. 車体と開閉可能な扉とにより形成された空間に収容された充電器を備え、この充電器を介して外部電源からバッテリに充電を行うように構成された車両における充電制御装置において、
   扉の開閉を検知する扉開閉検知手段と、
   充電器の温度を検出する温度検出手段と、
   温度検出部により検出された充電器の温度が所定温度以上の場合、運転して充電器を冷却する冷却ファンと、
   充電器によるバッテリの充電を行っているときに、扉開閉検知手段により検知される扉の開閉状態と温度検出手段により検出される充電器の温度とに基づいて充電器と冷却ファンとの動作を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電制御装置。
2. 請求項１に記載の充電制御装置において、
   制御手段は、
   扉が開状態のときに、充電器の温度が所定温度以上の場合、冷却ファンの運転を停止させるとともに充電器によるバッテリの充電を中止して待機させ、
   扉が開状態のときに、充電器の温度が所定温度未満の場合、冷却ファンの運転を停止させたまま充電器によるバッテリの充電を継続させる、
   ことを特徴とする充電制御装置。
3. 請求項２に記載の充電制御装置において、
   制御手段は、充電器の充電を中止して待機させた後に、充電器の温度が所定温度未満に下がった場合、充電器によるバッテリの充電を再開させる、
   ことを特徴とする充電制御装置。
4. 請求項２または３に記載の充電制御装置において、
   制御手段は、充電器によるバッテリの充電を中止して待機させてから、充電器の温度が所定温度未満に下がらずに所定時間経過した場合、充電制御装置の機能を遮断させる、
   ことを特徴とする充電制御装置。
5. 請求項２に記載の充電制御装置において、
   車両は、エンジンとモータとを搭載し、これらの原動機の出力により走行するハイブリッド車両であり、
   制御手段は、エンジンが停止している場合のみ、充電器と冷却ファンとの動作を制御する、
   ことを特徴とする充電制御装置。

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