JP2015107022A

JP2015107022A - 車両の充放電制御装置

Info

Publication number: JP2015107022A
Application number: JP2013249245A
Authority: JP
Inventors: 崇彦平沢; Takahiko Hirasawa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2015-06-08

Abstract

【課題】プラグインハイブリッド自動車の外部電源から充電する充電モードにおいて、充放電が禁止される分極状態の高圧バッテリから低圧バッテリに充電可能とする。
【解決手段】高圧バッテリ１６が分極状態にあるときには、当該バッテリ１６の充放電が原則的に禁止される。低圧バッテリ２４の蓄電量が所定値以下となった場合、高圧バッテリ１６の充放電が禁止されていても、高圧バッテリ１６を放電させて、この電力を低圧バッテリ２４に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電源から充電可能な高圧バッテリと、高圧バッテリから充電可能な低圧バッテリとを備えた車両の充放電制御装置に関する。

駆動用の原動機として電動機を備えた車両、例えばハイブリッド自動車、電気自動車などが知られている。電動機の電源として、車両に搭載されたバッテリ（二次電池）を利用するのが一般的である。また、車両に搭載された電装品や電気機器の電源として、前述の電動機の電源用のバッテリとは別に、より端子電圧の低いバッテリを備えることも一般的である。以下、電動機の電源用のバッテリを「高圧バッテリ」、電装品等の電源となるバッテリを「低圧バッテリ」と記す。

電気自動車はもちろんであるが、ハイブリッド自動車においても家庭用電源などの外部電源から高圧バッテリに充電することができる自動車、いわゆるプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）が知られている。高圧バッテリに分極が発生している状態で、高圧バッテリの充放電を行うと、バッテリの蓄電量を正確に取得できない場合がある。下記特許文献１には、高圧バッテリが分極状態にあるときは外部電源からの充電を行わず、分極状態の解消が推定されてから、充電を行う技術が開示されている。

特開２００９−３０３２９１号公報

蓄電量を正確に取得するために、分極が生じているとき、高圧バッテリに充放電を行わないようにすることが考えられる。しかし、このようにすると低圧バッテリの蓄電量が低下している場合に高圧バッテリから充電することができない。低圧バッテリは、各種制御装置に電力を供給しており、高圧バッテリおよび低圧バッテリの充放電を制御する充放電制御装置にも電力を供給している。低圧バッテリの蓄電量が低下すると、充放電の制御ができなくなるという問題がある。

本発明は、高圧バッテリに分極が生じているときであっても、低圧バッテリへの充電を可能とすることを目的とする。

本発明に係る車両の充放電制御装置は、高圧バッテリが分極状態であるときには、高圧バッテリの充放電を禁止する高圧バッテリ充放電禁止部と、低圧バッテリの蓄電量を検出する低圧バッテリ蓄電量検出部と、検出された低圧バッテリの蓄電量が所定値以下の場合、高圧バッテリ充放電禁止部により高圧バッテリの充放電が禁止されていても、高圧バッテリから低圧バッテリに充電を行う低圧バッテリ充電制御部と、を有する。

通常であれば高圧バッテリの充放電が行われない高圧バッテリの分極状態において、低圧バッテリの充電が可能となる。

本実施形態のシステム概要を示す図である。充電モードにおける制御フローを示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、ＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）の電動駆動系装置１０のシステム概要図である。このＰＨＶ車両においては、２個の電動機１２Ａ，１２Ｂと内燃機関（不図示）を車両駆動用の原動機として備えている。２個の電動機１２Ａ，１２Ｂは発電機として機能することができ、電動機１２Ａは内燃機関に駆動されて主に発電機として機能する。電動機１２Ｂは、車両駆動用の電動機として機能するが、回生発電も行う。２個の電動機１２Ａ，１２Ｂにより発電された電力は、蓄電装置１４の車両駆動用バッテリ１６に蓄えられる。この車両駆動用バッテリ１６が電動機１２Ａ，１２Ｂの電源となるバッテリであり、この実施形態の高圧バッテリである。

電動機１２Ａ，１２Ｂは三相交流電動機であり、高圧バッテリ１６との間で交流／直流の電力変換を行うために、電動駆動系装置１０はインバータ１８を備える。また、電動駆動系装置１０は、蓄電装置１４の電圧を昇圧してインバータ１８に供給する昇圧回路２０を有する。蓄電装置１４は、空気調和装置２２にも電力を供給する。

さらに、この実施形態のＰＨＶは、電装品、電気機器等に電力を供給する補機用バッテリ２４を備える。電装品、電気機器等は、例えば前照灯、制動灯などの灯火器、室内の照明器、音響装置、および経路誘導装置、更にＰＨＶの各装置、各機器を制御する電子制御装置等を含む。これらの電気機器等に供給される電力の電圧は、車両駆動用の電動機１２Ａ，１２Ｂに供給される電力の電圧よりも低い。このため、補機用バッテリ２４の電圧は高圧バッテリ１６より低い。この補機用バッテリ２４がこの実施形態の低圧バッテリである。電動駆動系装置１０には、低圧バッテリ２４に充電を行うために電圧変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２６が備えられている。電圧変換器２６により高圧バッテリ１６の電圧が降圧されて低圧バッテリ２４に電力が供給される。

さらに、このＰＨＶは、高圧バッテリ１６に外部電源２８から充電を行うための充電装置３０を備えている。充電装置３０は、外部電源２８と接続するためのプラグ３２を備えている。充電装置３０は、例えば単相１００Ｖまたは単相２００Ｖの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１４に供給する。充電装置３０から低圧バッテリ２４を充電可能としてもよい。

蓄電装置１４には、高圧バッテリ１６をインバータ１８に接続するためのシステムメインリレー３４ａ，３４ｂ、および高圧バッテリ１６を充電装置３０に接続するための充電用リレー３６ａ，３６ｂを有する。また、これら２個のリレーにそれぞれ対応して初期メインリレー３４ｐ、充電用初期リレー３６ｐが設けられている。高圧バッテリ１６をインバータ１８に接続する際、まずシステムメインリレー３４ａと初期メインリレー３４ｐを接続し、その後、初期メインリレー３４ｐを遮断し、システムメインリレー３４ｂを接続する。初期メインリレー３４ｐを接続することにより、接続初期において抵抗３８を介して接続され、高圧バッテリ１６を流れる電流の急激な増加を防止することができる。同様に、充電初期において充電用初期リレー３６ｐを介して高圧バッテリ１６と充電装置３０が接続され、電流の急増を防止することができる。

高圧バッテリ１６および低圧バッテリ２４の充放電制御は、充放電制御装置４０により制御される。充放電制御装置４０は、一つまたは複数の電子制御装置を含み、この、またはこれらの電子制御装置が所定の制御を実行することにより、充放電制御装置４０として機能する。簡略化するために、図１においては、充放電制御装置４０が蓄電装置１４、電圧変換器２６および低圧バッテリ２４との関連が示されているが、他の装置とも関連を有し、電動駆動系装置１０全体の状況に基づき各バッテリの充放電の制御を行う。

充放電制御装置４０は、高圧バッテリ１６が分極した状態のときには、高圧バッテリ１６の充放電を禁止する高圧バッテリ充放電禁止部４２を備える。高圧バッテリ１６の分極発生の判断は、例えば、当該バッテリ１６に流れる電流に基づき判定する。電流、例えば電流の二乗値が所定値以上に大きくなると、分極が発生したと判断する。電流が所定値未満となった後も分極した状態が続き、定まった所定時間が経過するまで分極状態が続いていると判断する。この間、原則的に高圧バッテリ１６の充放電を禁止する。高圧バッテリ１６を流れる電流は、例えば蓄電装置１４に備えられた電流センサ４４により検出される。充放電制御装置４０において、電流センサ４４に検出された電流値に基づき、分極状態となっているかが判定される。電流値、または電流の二乗値が所定値を超えた後、所定値未満となった時点から経過時間が計数される。経過時間が所定値に達するまでは分極状態と判断される。なお、分極発生の判断は、上記の電流に基づくもの以外の方法、例えばバッテリ温度に基づく方法などを用いることができる。

分極状態においては、バッテリに供給される電力およびバッテリから放出される電力と、バッテリの蓄電量の関係が、分極していない状態と異なる。このため、分極状態においてバッテリの充電または放電を行うと、バッテリ蓄電量が正確に把握できなくなる場合がある。蓄電量の精度を高くするため、分極状態における充放電を原則禁止している。

しかし、この充放電制御装置４０においては、低圧バッテリ２４の蓄電量が低下したときには、前記の原則に反して、高圧バッテリ１６から低圧バッテリ２４へ電力供給を行う。充電装置３０の供給可能な電力は比較的少なく、低圧バッテリ２４を十分充電できない場合がある。充電モードにおいては、一部の電気機器に電力が供給されており、低圧バッテリ２４の電力が消費されている。このとき低圧バッテリ２４の蓄電量が少なく、十分な電力が供給されないと、電圧が低下し、充放電制御装置４０等が動作しなくなる可能性がある。このような状態を回避するために、より供給電力の大きい電圧変換器２６を介して高圧バッテリ１６から低圧バッテリ２４の充電を行う。

充放電制御装置４０は、低圧バッテリ２４の蓄電量を検出する低圧バッテリ蓄電量検出部４６を備える。蓄電量は、例えば低圧バッテリ２４の端子電圧に基づき検出することができる。端子電圧が例えば１１Ｖ以下に低下したら蓄電量が低下したと判断する。充放電制御装置４０は、低圧バッテリ２４の蓄電量が低下したとき、低圧バッテリ２４の充電を制御する低圧バッテリ充電制御部４８を更に有する。低圧バッテリ充電制御部４８は、電圧変換器２６を制御して高圧バッテリ１６から低圧バッテリ２４の充電を行う。

図２は、電動駆動系装置１０が外部電源に接続され、充電可能となったモード（以下、充電モードと記す。）に係る制御のフローチャートである。まず、充電モードであるかが判断される（Ｓ１００）。充電モードであるかは、プラグ３２が外部電源２８に接続されているかで判断する。充電モードでなければ終了する。充電モードである場合、充放電要求があるかが判断される（Ｓ１０２）。この充放電要求は、その時点において充電または放電を伴う機器の動作の要求があるかを示すものであり、将来における充電または放電の要求を示すものではない。例えば、ある時間を設定し、その時間が経過した後、空気調和装置２２を作動させる場合、設定時間経過前は放電要求はないとされ、所定時間経過した後は放電要求があるとされる。空気調和装置２２のタイマー設定は、前記の設定時間経過後の作動の他に、作動開始時刻を設定する方法や、運転者が搭乗する時刻を設定する方法などがある。運転者が搭乗する時刻を設定する方法においては、その時刻に希望する温度となるように事前に空気調和装置２２が作動を開始する。

ステップＳ１０２にて充放電要求がない場合には、ステップＳ１００に戻る。一方、充放電要求がある場合、高圧バッテリ１６が分極状態にあるかを判断する（Ｓ１０４）。分極状態は、例えば、高圧バッテリ１６を流れる電流に基づき判断することができ、電流の二乗値が所定値以上となったことを持って分極の発生を判定し、電流の二乗値が所定未満となっても、所定時間分極状態が継続していると判断する。充放電制御装置４０は、充電モードとなる前のＰＨＶが運行している間も、高圧バッテリ１６の充放電を監視し、分極の発生を判断している。

ステップＳ１０４にて分極状態でないと判断された場合、ステップＳ１０６に移行し、充放電要求に対応する制御が実行される。例えば、外部電源２８からの高圧バッテリ１６の充電制御が実行される。この制御を実行するために、充電用リレー３６ａ，３６ｂおよび充電用初期リレー３６ｐが制御される。前述のように、初期において充電用リレー３６ａと充電用初期リレー３６ｐが接続制御され、続いて充電用初期リレー３６ｐが遮断制御されると同時に充電用リレー３６ｂが接続制御される。そして、充電装置３０によって外部電源２８から高圧バッテリ１６に充電が行われる。

ステップＳ１０４にて分極状態であると判断された場合、低圧バッテリ２４の充電が必要かを判断する（Ｓ１０８）。必要でなければ、ステップＳ１００に戻る。この場合、ステップＳ１０６を回避して、ステップＳ１００に戻っており、高圧バッテリ１６が分極状態のときには、このバッテリの充放電が禁止されることになる。一方、ステップＳ１０８にて低圧バッテリ２４の充電が必要と判断された場合、システムメインリレーを接続制御して、高圧バッテリ１６の電力を放電し、電圧変換器２６を介して低圧バッテリ２４に供給し、充電を行う（Ｓ１１０）。そして、ステップＳ１００に戻る。なお、低圧バッテリ２４に対する充電の要否は、低圧バッテリ２４の端子電圧に基づき判断することができる。

低圧バッテリ２４の蓄電量が回復すると、ステップＳ１０８にて「Ｎｏ」の判定がなされ、低圧バッテリ２４の充電が終了する。また、高圧バッテリ１６の分極状態が解消したと判断される（つまり、所定の時間が経過したと判断されると）、ステップＳ１０４にて「Ｎｏ」の判定がなされ、このバッテリ１６の充電または放電を伴う動作が実行される。

以上のように、分極状態においては充放電が原則禁止される高圧バッテリ１６を、低圧バッテリ２４の充電が必要となった場合には禁止をせずに放電するよう制御する。これにより、低圧バッテリ２４の電圧が低下し、電気機器への電力供給が絶たれることが防止される。

１０電動駆動系装置、１２Ａ，１２Ｂ電動機、１４蓄電装置、１６高圧バッテリ（車両駆動用バッテリ）、２４低圧バッテリ（補機用バッテリ）、２６電圧変換器、２８外部電源、３０充電装置、３２プラグ、４０充放電制御装置、４２高圧バッテリ充放電禁止部、４６低圧バッテリ蓄電量検出部、４８低圧バッテリ充電制御部。

Claims

外部電源から充電可能な高圧バッテリと、高圧バッテリから充電可能な低圧バッテリとを備えた車両の充放電制御装置であって、
高圧バッテリが分極状態であるときには、高圧バッテリの充放電を禁止する高圧バッテリ充放電禁止部と、
低圧バッテリの蓄電量を検出する低圧バッテリ蓄電量検出部と、
検出された低圧バッテリの蓄電量が所定値以下の場合、高圧バッテリ充放電禁止部により高圧バッテリの充放電が禁止されていても、高圧バッテリから低圧バッテリに充電を行う低圧バッテリ充電制御部と、
を有する、車両の充放電制御装置。