JP2015095934A - 充電制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、この方式では、高電圧バッテリの充電に外部のAC200V電源を用いるとフル充電するのに7時間程度、AC100Vを用いた場合ではこの倍の時間がかかっていた。
この急速充電装置は、外部電源からDC300V以上の高電圧かつ大電力の直流電流を直接高電圧バッテリーに供給して充電を行う方式のものである。この急速充電装置では、電動車両に設けられた急速充電用のコネクタソケット、およびこのコネクタソケットに差し込まれる外部電源のコネクタプラグ(充電用ガン)の端子には300V以上の直流が印加される。
また従来の電動車両では、充電終了後に充電用コンタクタの溶着判定は行われているが、溶着が無いと判定された場合は充電コンタクタを開成することで充電コネクタが取り外せる制御となっていた。
また請求項3の充電制御装置は、請求項1または2に記載の充電制御装置において、前記正極側および負極側の充電用DCラインの間の電圧である前記充電用コネクタの端子間電圧を測定する端子間電圧測定部をさらに備え、前記溶着判定部は、前記端子間電圧が閾値電圧以上の場合は前記充電用コンタクタが溶着していると判定することを特徴とする。
また、請求項5に記載の充電制御装置では、請求項1〜4のいずれか一項に記載の充電制御装置において、前記充電用コネクタを覆うと共に開閉可能なカバーと、前記カバーの開放を規制するカバーロック部と、をさらに備え、前記カバーロック部は、前記充電用コンタクタが溶着していると判定されている間は、前記メインコンタクタが遮断されてから前記カバーが閉じられた後に、再度当該カバーが開放されることを禁止することを特徴とする。
また、請求項3に記載の発明によれば、端子間電圧測定部を用いて溶着判定を行うので、複雑な溶着判定機器を必要とせず、簡単な構成で溶着を判定することができる。
また、請求項5の発明によれば、溶着判定された場合に、カバーロック部がカバーの開放を抑制するので、ユーザー側の安全性を高めることができる。
図1は、本発明に係る充電制御装置が適用される、充電機能を備えた電動車両の例の概略構成図である。
本発明が適用される電動車両では、バッテリ1は、上記のようにモータジェネレータ4からの回生電力によって充電されるだけでなく、外部の充電装置から電力を用いても充電することができる。
なお、図2において、バッテリとMCU/インバータ3の間のDCラインを駆動用DCラインLSP、LSNとし、これらはそれぞれバッテリ1の正極出力端子および負極出力端子に接続されている。またこの駆動用のDCラインLSP,LSNに接続される充電用DCラインについては、説明のため、充電用の正極側コンタクタ11および負極側コンタクタ12よりバッテリ側の部分をそれぞれLCP1,LCN1とし、コネクタソケット8a側をそれぞれLCP2,LCN2としている。さらに、外部充電器側のバッテリ充電用DCラインをそれぞれLCP3,LCN3としている。LCP1,LCP2,LCP3をまとめて正極側充電用DCラインLCPと呼称し、LCN1,LCN2,LCN3をまとめて負極側充電用DCラインLCPと呼称する。正極側/負極側の充電用DCラインLCP,LCNの駆動用のDCラインLSP,LSNへの接続点をそれぞれ正極側接続点CCP、負極側接続点CCNとしている。
[実施形態1]
以下では、まず実施形態1の構成について説明し、本発明による充電用コンタクタの溶着診断装置の動作および構成について説明する。
図2に示す回路では、バッテリ1とインバータ3との間に正極側および負極側の駆動用DCライン(LSP,LSN)が設けられている。正極側および負極側のDCラインLSP,LSNには、それぞれ正極側および負極側メインコンタクタ9,10が直列に挿入されている。これらのメインコンタクタは、モータジェネレータ4を回転駆動する際に閉成されて、バッテリ1からインバータ3に直流電力が供給され、インバータ3はこの直流電力を3相の交流電力に変換してモータジェネレータ4に供給する。また、インバータ3は、車両減速時のモータジェネレータ4の発電電力を直流電力に変換し、バッテリ1に充電する動作を行う際にも、これらメインコンタクタ9,10を閉成する。
外部充電器7側には、外部充電器側のDCラインLCP3とLCN3との間の電圧を測定する電圧測定器18が設けられている。抵抗19(R2と称する。また抵抗値もR2とする)は、充電終了の際、コンタクタ11,12が開成され、外部充電器のDC出力が停止した後の、DCラインLCP3とLCN3の浮遊容量に残る電荷を速やかに放電し、これらのDCラインLCP3とLCN3の間の電圧、すなわちコネクタプラグ8bの端子間電圧を所定値以下にするために設けられている。安全のため、コネクタプラグ8bの端子間電圧が所定値以上である場合は、コネクタ8がコネクタロック部によりロックされているので、コネクタプラグ8bは取り外せないようになっている。
電子制御ユニット6は、記憶部31,コンタクタ制御部32,測定制御部33,溶着判定部34,警告部35とを備える。
測定制御部33は、コンタクタ制御部32の各コンタクタ制御に同期して、コネクタ8の端子間電圧が測定されるように、測定指令信号を生成して外部充電器7に送信する。
また、後述するように、実施形態2においては、充電完了後の平滑コンデンサの放電に伴って低下するコネクタ端子間電圧を利用して、コンタクタの溶着診断を行う場合は、上記の記憶部31に記憶された平滑コンデンサの放電の時定数を用いて予測したコネクタ端子間電圧より小さい電圧を算出して溶着判定の閾値としてもよい。
なお、図3に示すように、充電コンタクタ溶着診断装置30は、ECU6内の回路として構成することも可能であり、またECU6内のコンピュータ装置(CPU、不図示)で動作するソフトウェアとして構成することも可能である。
(溶着判断の原理:実施形態1)
上記で説明したように、充電用のコンタクタ11,12の溶着は充電時に発生する可能性が高いと考えられる。以下では、まず充電終了時のコンタクタ11,12の溶着の判断について説明する。なお、実施形態1の回路では、充電以外の場合であっても充電用コンタクタ11,12の溶着判断が可能である。これについては実施形態2で説明する。
外部充電器7側の直流出力が停止されると、充電用DCラインLCP2,LCP3,LCN2,LCN3に残っている電荷は、抵抗19(R2)によって速やかに放電され、コネクタ8の端子間電圧VTは、充電終了時T0でのバッテリ1の端子間電圧VFから時間ΔT経過後の時刻T1には所定の電圧VD以下に降下する。この所定の電圧VDは、感電しても問題とならない程度の、コネクタ8のロック解除の判定基準となるような、たとえば5V程度に設定される。したがって、所定の電圧VDは、この所定の電圧VD以下では、充電用ガン8bの取り外しが可能となるような上述のコネクタロック解除判定電圧(コネクタロック解除電圧)である。
(コンタクタ11,12が共に溶着している場合の判定:実施形態1)
充電用の正極側および負極側コンタクタ11,12が共に溶着している場合は、コネクタ端子間電圧VTの変化は、図4の点線L2のようになる。時刻T0で充電用のコンタクタ11,12を開成する制御を行っても、これらが溶着している場合は、バッテリ1の端子間電圧が充電用DCラインLCP,LCNに印加された状態となるので、図5に示すように時刻T0が過ぎてもコネクタ端子間電圧はVFのままとなる。
(コンタクタ11または12が溶着している場合の判定:実施形態1)
充電用コンタクタ11または12のどちらか一方が溶着していなければ、時刻T0でコンタクタ11および12の開成制御が行われているので、コネクタ8の端子間電圧VTは、図4の実線L1のように変化し、時刻T1には充電用ガン8bの取り外しが可能となるようなコネクタロック解除判定電圧VD以下に低下する。この状態で、さらにコンタクタ11または12のどちらか一方が溶着しているかどうかの判定をすることが可能である。
なお、時刻T2、T3での端子間電圧測定は、時刻T1での測定電圧が所定の電圧VDあるいはVTH以下の場合に行われる。時刻T2,T3でのいずれかの測定で、もし両方のコンタクタが閉成された状態となった場合にのみ、コネクタ8の端子間電圧VTは電圧VDより大きい、バッテリ1の端子間電圧VFに急上昇する。したがって、上記のような時刻T2,T3での、コンタクタ11,12の開閉の切り替えとコネクタ8の端子間電圧VTの測定は、時刻T1での測定に続けて行うことが可能であり、T1≒T2≒T3で速やかに実行することができる。
(電動車両側の電圧測定器を用いた判定)
以上の説明から分かるように、上記の充電用コンタクタ11,12の溶着判定に用いるコネクタ8の端子間電圧VTは、外部充電器7側の電圧測定器18でなく、電動車両100側の電圧測定器17を用いて測定されてもよい。
また、電動車両100側に電圧測定器18が設けられている場合は、さらに、電動車両のみで充電用コンタクタ11,12の溶着判定が可能である。
(溶着診断動作のフロー;実施形態1)
図7は、図2〜6で説明した充電制御装置で実行される溶着判定およびコンタクタ(メインコンタクタ9,10および充電用コンタクタ11,12)の制御動作のフローを示したものである。本発明による充電コンタクタの溶着判定は電子制御ユニット6で実行される。またこの溶着判定のためのコンタクタの開閉指令や電圧測定の指令もこの電子制御ユニット6からバッテリ制御ユニット(BCU)2,モータ制御ユニット(MCU)5、外部充電器7にCAN経由で送信されてコンタクタの開閉や電圧測定が実行される。図7のステップS0〜S13は、この充電制御装置の動作の各ステップを示しており、図4〜6で説明した時刻T0からT3までの動作に対応するものである。なお、図中に示す時刻T0〜T3は、ほぼこれらの時刻にECU6および外部充電器7での各動作が実行されることを示すものであり、同じ時刻が記載された動作が全く同一時刻に行われることを示すものではない。上記で説明したように、時刻T1〜T3の動作は続けて実行されるので、ほぼ同時刻となる。
(ステップS0)
電子制御ユニット(ECU)6は、バッテリ制御ユニット(BCU)2から送信されるバッテリ状態を示すデータに基づき、バッテリ1の充電状態が100%の充電状態(SOC)となっている場合は、ステップS0で充電終了動作を開始する(時刻T0)。この際、ECU6から外部充電器7側にCAN経由で、充電終了の信号が送信され、外部充電器7は、直流出力を停止する。
(ステップS1)
充電終了動作を開始すると同時に、ECU6は充電用コンタクタ11,12を開成する指令をBCU2とMCU5に送信する。
(ステップS2)
時刻T1に測定されたコネクタ8の端子間電圧VTが外部充電器7からECU6に送信されると、ECU6はこの電圧が所定のコネクタロック解除判定電圧VD以下かどうか判定する。VT≦VDの場合、コネクタ8の端子間電圧は正常に低下しているとして、ステップS4に進む。
(ステップS3)
ステップS2でVT>VDの場合、充電用コンタクタ11,12の両方が溶着していると判定される。
(ステップS4)
コネクタ8の端子間電圧VTは正常に低下しているので、充電用コンタクタ11,12の少なくとも一方は溶着していないと判断される。しかしながら、両方のコンタクタが溶着していないことはこれまでのステップでは判断できない。
(ステップS5)
ステップS4でこれ以上の溶着診断を行わないと判断された場合は、溶着診断は終了となる。メインコンタクタ9,10を開成する制御が行われ、外部充電器7側に、ガン取り外し許可の信号が送信される。
(ステップS6)
ECU6は、正極側または負極側いずれかの充電用コンタクタを閉成する信号をバッテリ制御ユニット2に送信する。バッテリ制御ユニット2は、この信号に基づいて、正極側または負極側いずれかの充電用コンタクタを閉成する制御を行う。また同時に外部充電器7側に、コネクタ8の端子間電圧を測定する指令信号を送信する。
(ステップS7)
外部充電器7から送信された測定電圧VTがVDより大きい(VT>VD)場合、閉成指令されていないコンタクタが溶着していると判定される(ステップS8)。VT≦VDの場合はステップS9に進む。
(ステップS9)
ステップS6で閉成指令したコンタクタを開成する指令と、もう一方のコンタクタを閉成する指令をBCU2に送信して充電用コンタクタ11,12の開閉制御を行う。またこれと同時に、外部充電器7側に、コネクタ8の端子間電圧を測定するよう指令信号を送信する。
(ステップS10)
外部充電器7から送信された測定電圧VTがVDより大きい(VT>VD)場合、閉成指令されていないコンタクタが溶着していると判定される(ステップS8)。VT≦VDの場合は、充電用コンタクタ11,12の両方とも溶着していないと判定される(ステップS11)。
(ステップS11)
充電用コンタクタ11,12の両方とも溶着していないと判定され、ガン取り外し許可信号が外部充電器7に送信される。
(ステップS8)
ステップS7あるいはS10での測定電圧VTと所定の電圧VDとの比較に基づいて、閉成指令されていない方のコンタクタが溶着していると判定する。
この場合、電動車両はリンプフォームモードに設定され、ECU6は、ステップS8に続く車両側の動作(C)で、たとえばこの状態を電動車両の操作者に認識できるように、ダッシュボードや操作パネルに表示したり、アラームで警告する。この場合も操作者は、溶着があることを認識し、適切な対策を速やかに実行することができる。
(ステップS12)
ECU6は、正極側および負極側の充電用コンタクタ11,12を開成する指令をBCU2に送信する。これと同時に、ガン取り外し許可信号が外部充電器7に送信される。充電用コンタクタ11,12が共に開成されると、上記で説明したように、充電用DCラインLCP,LCNの電荷が速やかに放電されて、コネクタ8の端子間電圧が所定の電圧VD以下となる。
[実施形態1の変形例1]
図2で説明した回路で、コンタクタ自体が溶着判定機能を有するようなコンタクタ(たとえば特開2010−183795号公報)を用いることも可能である。この場合、コネクタ8の端子間電圧を用いて溶着の判定を行う必要がなく、図7で説明した溶着判定が大幅に簡略化される。
[実施形態1の変形例2]
図8に示すように、充電コンタクタ溶着診断装置30は独立した装置あるいは、ECU6とは別の制御装置に組み込むことも可能である。この場合、各種データや制御信号の送受信は、CANおよびECU6を経由して行ってもよいし、またCAN経由で直接BCU2,MCU6,外部充電器との間で行ってもよい。
[実施形態2]
実施形態1で説明した、図2に示す本発明による充電制御装置を含む回路構成を用いて、電動車両の停止時に充電コンタクタ11,12の溶着判定を行うことが可能である。この判定の原理と動作について以下に説明する。なお、この実施形態2の説明では、図9〜12を参照するが、これらの図に示す符号は図4〜7に示す符号とは異なる内容を示している。
(溶着判断の原理:実施形態2)
図9の実線L1は、図2に示す実施形態1の回路において、充電用コンタクタ11,12の少なくとも一方が溶着していない場合のコネクタ8の端子間電圧VT、すなわち電圧測定器17で測定した、充電用DCラインLCP2とLCN2の間の電圧を示す。
電動車両の停止時には、時刻T0で、メインコンタクタ9,10が開成制御され、平滑コンデンサ13の電荷が放電されるよう放電スイッチ15が閉成される。
ここで、電圧VFは、バッテリ1内に設けられた電圧測定器(不図示)によって測定された車両停止時のバッテリ1の端子間電圧であり、その測定データは、バッテリ制御ユニット(BCU)2からCAN経由で電子制御ユニット(ECU)6に送信される。
(コンタクタ11,12が共に溶着している場合の判定:実施形態2)
充電用の正極側および負極側コンタクタ11,12が共に溶着している場合は、コネクタ端子間電圧VTは、図10の実線L3のようになる。すなわち、図9の点線L2で示すように変化する。なお前述のように、図9の点線L2および図10の実線L3の時刻T3以降の電圧降下特性の時定数は、平滑コンデンサ13の容量C1と放電抵抗14の抵抗値R1とでほぼ決定されるので、L2およびL3で示される電圧値の変化は予測可能である。
(コンタクタ11または12が溶着している場合の判定:実施形態2)
充電用コンタクタ11および12のいずれかが溶着していない場合は、コネクタ8の端子間電圧VTは、図9の実線L1のようになる。ここで、充電用コンタクタ11および12のいずれかが溶着しているかどうかを判定するために、続いて時刻T2でコンタクタ11,12のいずれかを閉成制御する。もし、閉成した方のコンタクタが溶着していない場合、この制御により、両方のコンタクタ11,12が共に閉成された状態となり、駆動側DCラインLSP,LSNの電圧が充電用DCラインLCP2,LCN2に印加され、図11の実線L4のように変化する。時刻T2でコネクタ8の端子間電圧VTは、図10の電圧V1まで急激に上昇する。この電圧値V1が、閾値電圧VTHより大きければ、閉成制御していない方のコンタクタが溶着していると判定される。
(溶着診断動作のフロー;実施形態2)
図12は、図9〜11で説明した充電制御装置で実行される溶着判定およびコンタクタ(メインコンタクタ9,10および充電用コンタクタ11,12)の制御動作のフローを示したものである。
また、図12のフローは、図7に示す実施形態1の動作フローと極めて類似しているので、詳細な説明は省略する。ただし、図12のBでは、電動車両を起動するときに、前回車両の停車時に充電用コンタクタの溶着判定を行ったどうかの情報をダッシュボードに表示する。
以上説明したように、本発明によって、充電用コネクタの開放を確実かつ速やかに行うことができる。また、操作者(車両運転者、外部充電器操作者)は、診断結果に基づいて、コンタクタの溶着した場合の対策(ガン取り外し、高電圧露出箇所のカバー、溶着故障の修理等)を速やかに行うことができる。
なお、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。本発明の特徴を損なわない限り、様々な変形実施が可能である。同様な機能を有するコネクタの開放にも適用することができ、たとえば電動車両に搭載されたバッテリの高電圧を外部に出力するような装置において使用されるコネクタに対しても、本発明による充電制御装置を適用することが可能である。また、本発明で用いている充電制御方法も、このようなコンタクタを使用している他の充放電システムあるいは電動車両に適用することができる。
2 バッテリ制御ユニット(BCU)
3 インバータ
4 モータジェネレータ(MG)
5 モータ制御ユニット(MCU)
6 電子制御ユニット(ECU)
7 外部充電器
8 コネクタ
8a コネクタソケット(充電用コネクタ)
8b コネクタプラグ(ガン、給電用コネクタ)
9 正極側メインコンタクタ
9a メインリレー
9b プリチャージリレー
9c 抵抗
10 負極側メインコンタクタ
11 充電用正極側コンタクタ
12 充電用負極側コンタクタ
13 平滑コンデンサC1
14 放電抵抗R1
15 放電スイッチ
16 電圧測定器
17 電圧測定器(端子間電圧測定部)
18 電圧測定器
19 放電抵抗R2
20 信号ライン
30 充電制御装置
31 記憶部
32 コンタクタ制御部
33 測定制御部
34 溶着判定部
35 警告部
LSP 駆動用正極側ライン
LSN 駆動用負極側ライン
LCP,LCP1,LCP2,LCP3 充電用正極側DCライン
LCN,LCN1,LCN2,LCN3 充電用負極側DCライン
Claims (5)
- 電動車両の駆動用のバッテリと、
前記バッテリの電力をインバータに供給する正極側および負極側の駆動用DCラインと、
前記バッテリと前記インバータとの間の前記駆動用DCラインに設けられ、前記駆動用DCラインを遮断あるいは接続する正極側および負極側のメインコンタクタと、
当該バッテリに外部電源から電力を供給する給電用コネクタが接続される充電用コネクタと、
前記メインコンタクタと前記インバータとの間の正極側および負極側の前記駆動用DCラインから分岐され、前記充電用コネクタに接続される正極側および負極側の充電用DCラインと、
正極側および負極側の前記充電用DCラインにそれぞれ設けられ、前記充電用DCラインを遮断あるいは接続する正極側および負極側の充電用コンタクタと、
前記充電用コンタクタが溶着しているか否かを判定する溶着判定部と、
を備え、
前記充電用コンタクタが溶着していると判定された場合に、前記メインコンタクタを遮断させることを特徴とする充電制御装置。 - 前記充電用コンタクタが溶着していると判定されている間は、前記メインコンタクタを遮断させた後、再度前記メインコンタクタが接続されることを禁止することを特徴とする、請求項1に記載の充電制御装置。
- 前記正極側および負極側の充電用DCラインの間の電圧である前記充電用コネクタの端子間電圧を測定する端子間電圧測定部をさらに備え、
前記溶着判定部は、前記端子間電圧が閾値電圧以上の場合は前記充電用コンタクタが溶着していると判定することを特徴とする、請求項1または2に記載の充電制御装置。 - 前記端子間電圧が前記閾値電圧以上の場合は、前記充電用コネクタと前記給電用コネクタとの接続をロックするコネクタロック部をさらに備えることを特徴とする、請求項3に記載の充電制御装置。
- 前記充電用コネクタを覆うと共に開閉可能なカバーと、
前記カバーの開放を規制するカバーロック部と、をさらに備え、
前記カバーロック部は、前記充電用コンタクタが溶着していると判定されている間は、前記メインコンタクタが遮断されてから前記カバーが閉じられた後に、再度当該カバーが開放されることを禁止することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の充電制御装置。
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