JP2021176252A - 充電システム - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制する。【解決手段】充電制御装置が、二次電池の充電開始に先立ち、充電装置の出力電圧による蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する禁止手段と、禁止手段を診断する診断手段とを備える。診断手段は、充電リレーにより充電装置から二次電池までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出し、電圧取得手段によって取得される蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断する。【選択図】図6
Description
本開示は、充電システムに関する。
二次電池と並列に蓄電器(たとえば、コンデンサ)を接続し、二次電池の充電前又は放電前に蓄電器をプリチャージする技術が知られている。たとえば、特開2003−230230号公報(特許文献1)には、二次電池の放電前に蓄電器をプリチャージする技術が開示されている。
二次電池の充電前に蓄電器をプリチャージする充電システムは、たとえば、外部充電可能な電動車両に搭載されることがある。電動車両は、二次電池に蓄えられた電力を用いて走行するように構成される車両である。外部充電は、車両外部から供給される電力を用いて、車両に搭載された二次電池の充電を行なうことである。以下、電動車両に搭載された充電システムの一例について説明する。
充電システムは、たとえば、車両走行用の電力を蓄えるバッテリ(二次電池)と、充電電力(すなわち、バッテリを充電するための電力)を出力する充電装置(車載充電器)と、バッテリと充電装置との間に配置された充電リレーと、充電装置を制御する充電制御装置とを備える。充電装置は、車両外部から供給される電力を充電電力に変換する充電回路と、バッテリに並列に接続されたコンデンサとを有する。充電制御装置は、充電装置を制御することにより、バッテリの外部充電を行なう。外部充電の実行中は、充電リレーが接続状態にされる。充電リレーが接続状態になることで、充電装置からバッテリまでの充電経路が接続され、充電装置から出力される充電電力がバッテリに供給されるようになる。
充電制御装置は、バッテリの充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する機能(以下、「CHEN機能」とも称する)を有する。以下、充電制御装置から充電装置へ禁止信号が送信されていない状態を、「CHEN許可状態」とも称する。また、充電制御装置から充電装置へ禁止信号が送信されている状態を、「CHEN禁止状態」とも称する。
充電制御装置がCHEN機能を有することで、充電装置に異常が生じたときにバッテリの充電を禁止し、バッテリの過剰な充電を抑制できる。しかしながら、CHEN機能に異常が生じることがある。このため、バッテリの充電を開始する前にCHEN機能を診断することが考えられる。
たとえば、プリチャージを実行した後に、CHEN機能の診断を行なうことが考えられる。より具体的には、充電リレーが遮断状態になっているときに、充電システムをCHEN許可状態にし、かつ、充電回路によってコンデンサに電圧を印加することにより、コンデンサのプリチャージを実行する。その後、充電リレーを接続状態にするとともに、充電システムをCHEN禁止状態にして、充電電流に基づいてCHEN機能が正常であるか否かを判断する。充電制御装置のCHEN機能が正常であれば、充電システムがCHEN禁止状態であるときには、充電装置から電力が出力されなくなり、充電電流は0Aになる。充電システムがCHEN禁止状態であるにもかかわらず充電電流が0Aよりも大きいときには、充電制御装置のCHEN機能に異常が生じていると推定できる。
CHEN機能に異常が生じることにより、充電システムがCHEN許可状態に固定されることがある。上記診断方法によれば、こうした異常を充電電流に基づいて検出できる。充電システムがCHEN許可状態に固定されるときには、バッテリに充電電流が流れる。充電制御装置は、上記異常が検出されたときに、充電装置を制御することにより、充電電流を止めることができる。しかし、充電電流の遮断が直ちに行なわれるとは限らない。充電装置の状態によっては、充電電流の遮断が遅れるかもしれない。そして、充電電流の遮断が遅れた場合には、バッテリに過剰な充電が行なわれる可能性がある。充電装置に異常が生じている場合には、充電制御装置は、充電リレーを制御することにより、充電電流を止めることもできる。しかし、電流が流れた状態で充電リレーが接続状態から遮断状態に切り替えられると、発熱により充電リレーが溶着することがある。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することである。
本開示に係る充電システムは、二次電池と、二次電池を充電するための充電電力を出力する充電装置と、二次電池と充電装置との間に配置された充電リレーと、充電装置を制御する充電制御装置とを備える。充電装置は、供給される電力を充電電力に変換する充電回路と、二次電池に並列に接続された蓄電器とを有する。充電制御装置は、二次電池の充電開始に先立ち、充電装置の出力電圧による蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する禁止手段と、禁止手段を診断する診断手段とを有する。診断手段は、充電リレーにより充電装置から二次電池までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出し、電圧取得手段によって取得される蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断するように構成される。
充電装置から二次電池までの充電経路が充電リレーにより遮断されているときには、二次電池に充電電力が供給されない。すなわち、二次電池に充電電流は流れない。上記診断手段は、充電リレーにより二次電池の充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出す。禁止信号によって充電装置の出力が禁止されていれば、実行手段によりプリチャージの実行指令が出されていても、蓄電器に電圧は印加されない。他方、禁止信号によって充電装置の出力が禁止されていない状態で、実行手段によりプリチャージの実行指令が出されると、蓄電器に電圧が印加される。このため、上記診断手段は、蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断することができる。
上記充電システムでは、充電リレーにより二次電池の充電経路が遮断されているときに、上記診断手段によって禁止手段の診断が行なわれる。このため、禁止手段を診断するときに、禁止手段に異常が生じていても、二次電池に充電電力が供給されない。上記充電システムによれば、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することが可能になる。
上記診断手段による禁止手段の診断(すなわち、禁止手段が正常であるか否かの判断)は、蓄電器をプリチャージする直前に行なわれてもよい。上記診断により禁止手段が正常であると判断された場合には、禁止手段による禁止信号の送信を止めることで、蓄電器のプリチャージを実行することができる。
上記蓄電器は、コンデンサであってもよい。上記二次電池は、車両が走行するための電力を供給するように構成されてもよい。上記充電システムは電動車両に搭載されてもよい。電動車両には、EV(電気自動車)、HV(ハイブリッド車両)、及びPHV(プラグインハイブリッド車両)のほか、FC車(燃料電池自動車)、レンジエクステンダーEVなども含まれる。
本開示によれば、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することが可能になる。
本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、電子制御ユニットを、「ECU(Electronic Control Unit)」とも称する。
図1は、この実施の形態に係る充電システムの構成を示す図である。図1を参照して、この充電システムは、AC充電器100と、バッテリ200と、充電ECU300と、AC電源500と、充電リレーCHR−B,CHR−Gとを備える。充電リレーCHR−B,CHR−Gは、AC充電器100とバッテリ200との間に配置されている。充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々は、たとえば電磁式のメカニカルリレーである。充電リレーCHR−Bはバッテリ200の正極の充電ラインCHL1に配置され、充電リレーCHR−Gはバッテリ200の負極の充電ラインCHL2に配置されている。充電リレーCHR−B、CHR−Gは、それぞれ充電ラインCHL1、CHL2の接続/遮断を切り替えるように構成される。充電リレーCHR−B及びCHR−Gの少なくとも一方がOFF状態(遮断状態)になることで、AC充電器100からバッテリ200までの充電経路が遮断される。以下、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの少なくとも一方によりAC充電器100からバッテリ200までの充電経路が遮断されている状態を、「充電経路遮断状態」とも称する。充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々は、充電ECU300によって制御される。また、充電ECU300は、AC充電器100を制御するように構成される。この実施の形態に係るAC充電器100、充電ECU300は、それぞれ本開示に係る「充電装置」、「充電制御装置」の一例に相当する。
AC電源500は、AC充電器100に交流電力を供給する交流電源である。AC充電器100は、バッテリ200の充電電力(すなわち、バッテリ200を充電するための電力)を出力するように構成される。AC充電器100は、充電回路110と、コンデンサ130と、AC充電器ECU150と、電流センサ151と、電圧センサ152とを含む。充電回路110は、AC電源500から供給される交流電力を直流電力(充電電力)に変換するように構成される。充電回路110は、電力変換回路111と絶縁トランス112と整流回路113とを含む。絶縁トランス112は、1次コイル112a及び2次コイル112bを含む。コンデンサ130は、バッテリ200と並列に接続されている。コンデンサ130は、充電ラインCHL1と充電ラインCHL2との間に接続されている。この実施の形態に係るコンデンサ130は、本開示に係る「蓄電器」の一例に相当する。
図2は、充電回路110の構成の一例を示す図である。なお、図2においては、各種センサを省略している。
図1とともに図2を参照して、電力変換回路111は、フィルタ111aと、AC/DC変換回路111bと、DC/AC変換回路111cと、スイッチ111dとを含む。フィルタ111aは、交流電力に含まれる高周波ノイズを除去する。スイッチ111dは、AC電源500(図1)からフィルタ111aに対する電力供給の許可/禁止を切り替える。スイッチ111dがON状態であるときには、上記電力供給が許可され、スイッチ111dがOFF状態であるときには、上記電力供給が禁止される。図2に示されるスイッチ111dの状態はOFF状態である。
AC/DC変換回路111bは、単相ブリッジ回路を含み、AC電源500(図1)からフィルタ111aを経て供給される交流電力を直流電力に変換する。DC/AC変換回路111cは、平滑コンデンサ及び単相ブリッジ回路を含み、AC/DC変換回路111bから出力される直流電力を交流電力に変換する。DC/AC変換回路111cから出力される交流電圧が1次コイル112aに印加される。絶縁トランス112は、1次コイル112aと2次コイル112bとの巻数比に応じた比率で変圧を行なう。そして、変圧された交流電圧が2次コイル112bに印加される。整流回路113は、2次コイル112bに印加される交流電圧を直流電力に変換してコンデンサ130(図1)へ出力する。
再び図1を参照して、電流センサ151は、1次コイル112aに流れる電流の大きさを検出するように構成される。以下、電流センサ151の検出値を、「IAC」とも称する。IACは、電力変換回路111の異常診断に用いられてもよい。電圧センサ152は、充電ラインCHL1と充電ラインCHL2との間の電圧の大きさを検出するように構成される。以下、電圧センサ152の検出値を、「VCHG」とも称する。VCHGは、コンデンサ130の電圧に相当する。IAC、VCHGは、それぞれ電流センサ151、電圧センサ152からAC充電器ECU150へ出力され、AC充電器ECU150から充電ECU300へ送信される。
AC充電器ECU150と充電ECU300とは、互いにバスL1を介して接続されている。バスL1は、たとえばCAN(Controller Area Network)バスである。また、充電ECU300は、ジカ線L2を介して電力変換回路111と接続されている。ジカ線L2は、機器同士を1対1で直接的に接続するダイレクト制御線である。制御信号の送信にジカ線L2を使用することで、制御速度が速くなる。
詳細は後述するが、充電ECU300は、AC電源500から供給される電力を用いてバッテリ200の外部充電を行なう。外部充電の実行中は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々がON状態(接続状態)にされる。また、充電ECU300は、バッテリ200の外部充電開始に先立ってコンデンサ130のプリチャージを実行する。プリチャージの実行中は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々がOFF状態(遮断状態)にされる。
充電ECU300は、コンデンサ130のプリチャージを実行するときに、バスL1を通じてAC充電器ECU150へプリチャージの実行指令(以下、「プリチャージ指令」とも称する)を送信する。AC充電器ECU150は、充電ECU300からプリチャージ指令を受信している間は、コンデンサ130のプリチャージが実行されるように電力変換回路111を制御する。以下、充電ECU300からAC充電器ECU150へプリチャージ指令が送信されていない状態を、「プリチャージ指令なし」とも称する。また、充電ECU300からAC充電器ECU150へプリチャージ指令が送信されている状態を、「プリチャージ指令あり」とも称する。
充電ECU300は、上記外部充電の実行中にAC充電器100に異常が生じたときに充電ラインCHL1及びCHL2間に対する電圧の印加を禁止する禁止信号を電力変換回路111へ送信するCHEN機能を有する。禁止信号は、充電ECU300からジカ線L2を通じて電力変換回路111へ送信される。禁止信号に従って電力変換回路111が制御されることで、電力変換回路111の出力が停止する。これにより、電力変換回路111から出力される電圧が0になり、充電ラインCHL1及びCHL2間に電圧が印加されなくなる。このため、CHEN禁止状態(すなわち、充電ECU300から電力変換回路111へ禁止信号を送信している状態)では、「プリチャージ指令あり」でも、AC充電器100の出力電力は0になり、AC充電器100はバッテリ200に電圧を印加しない。
この実施の形態では、図1に示した充電システムが電動車両に搭載され、AC電源500は、AC充電器100に対して着脱可能に構成される。この実施の形態におけるAC電源500はEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)である。バスL1は、車載LAN(Local Area Network)を構成するグローバルバスであってもよい。AC充電器ECU150と充電ECU300との間にCGW(セントラルゲートウェイ)が設けられてもよい。
図3は、図1に示した充電システムが搭載された電動車両の一例を示す図である。図1とともに図3を参照して、この電動車両は、AC充電器100と電気的に接続されるインレット10を備える。インレット10は、充電ケーブル(図示せず)のコネクタが接続可能に構成される。AC電源500(EVSE)とつながる充電ケーブルのコネクタがインレット10に接続されることで、図1に示すようにAC電源500と電力変換回路111とが電気的に接続される。これにより、AC電源500から充電ケーブルを通じてAC充電器100(車載充電器)に電力を供給することが可能になる。
バッテリ200は、車両走行用の電力を蓄電する。バッテリ200は、たとえばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池のような二次電池である。この実施の形態では、二次電池として、複数のリチウムイオン電池を含む組電池を採用する。組電池は、複数の単電池(一般に「セル」とも称される)が互いに電気的に接続されて構成される。この実施の形態に係るバッテリ200は、本開示に係る「二次電池」の一例に相当する。
電動車両は、MG(Motor Generator)21、PCU(Power Control Unit)22、及びSMR(System Main Relay)23をさらに備える。
SMR23は、バッテリ200とPCU22とを結ぶ電流経路に設けられている。SMR23は、たとえば電磁式のメカニカルリレーである。SMR23の状態(接続/遮断)は、充電ECU300によって制御される。SMR23がON状態であるときにはバッテリ200とPCU22との間で電力の授受を行なうことが可能になり、SMR23がOFF状態であるときにはバッテリ200とPCU22との間で電力の授受を行なうことができなくなる。SMR23は、車両走行時にON状態にされる。
MG21は、たとえば三相交流モータジェネレータである。MG21は、PCU22によって駆動され、電動車両の駆動輪25を回転させるように構成される。PCU22は、たとえば、プロセッサを含む制御装置と、インバータと、コンバータと(いずれも図示せず)を含んで構成される。PCU22の制御装置は、充電ECU300からの指示(制御信号)を受信し、その指示に従ってPCU22のインバータ及びコンバータを制御するように構成される。MG21の出力トルクは、減速機の役割を果たす動力伝達ギア24を介して駆動輪25に伝達される。また、MG21は、回生発電を行ない、発電した電力をバッテリ200に供給するように構成される。
充電ECU300は、プロセッサ310、RAM(Random Access Memory)320、記憶装置330、及びタイマ340を含んで構成される。プロセッサ310としては、たとえばCPU(Central Processing Unit)を採用できる。RAM320は、プロセッサ310によって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置330は、格納された情報を保存可能に構成される。記憶装置330は、たとえばROM(Read Only Memory)及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。記憶装置330には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報(たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ)が記憶されている。この実施の形態では、記憶装置330に記憶されているプログラムをプロセッサ310が実行することで、充電ECU300における各種制御が実行される。
タイマ340は、設定時刻の到来をプロセッサ310に知らせるように構成される。タイマ340に設定された時刻になると、タイマ340からプロセッサ310へその旨を知らせる信号が送信される。また、充電ECU300は、充電ECU300に内蔵されるリアルタイムクロック(RTC)回路(図示せず)を利用して現在時刻を取得できる。
AC充電器ECU150も、基本的には、上述した充電ECU300と同様のハードウェア構成を有する。この実施の形態では、充電ケーブル(図示せず)のコネクタが電動車両のインレット10に接続され、電動車両とAC電源500(図1)とが充電ケーブルを介して電気的に接続されると、AC充電器ECU150が起動する。そして、所定の充電開始条件が成立すると、充電ECU300は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方をON状態にするとともに、AC充電器ECU150へ充電要求信号(以下、「CHRQ」と表記する)を送信する。充電リレーCHR−B及びCHR−GのOFF/ON切替えは、同時に行なわれてもよいし、時間差で行なわれてもよい。AC充電器ECU150は、CHRQを受信すると、充電回路110を制御することにより、バッテリ200の外部充電を開始する。
充電ECU300は、バッテリ200の外部充電をAC充電器ECU150に実行させる期間においては、継続的にAC充電器ECU150へCHRQを送信する。さらに、充電ECU300は電力指令値(以下、「CHPW」と表記する)をAC充電器ECU150へ送信する。AC充電器ECU150は、充電ECU300からCHRQを受信している間は、バッテリ200に供給される電力がCHPWになるように、充電回路110を制御する。CHPWは、充電停止中の値と充電実行中の値とで2値的に変更されてもよいし、所定のパラメータ(たとえば、充電開始からの経過時間、又はバッテリ200の温度)に応じて可変であってもよい。この実施の形態では、充電停止中のCHPWを「0W」、充電実行中のCHPWを「3.3kW」とする。AC充電器ECU150は、VCHG及びIACに基づいて、バッテリ200に供給される電力を検出してもよい。
詳細は後述するが、この実施の形態に係る充電システムでは、バッテリ200の外部充電が開始される前に、コンデンサ130のプリチャージ、及びCHEN機能の診断が実行される。なお、AC充電器ECU150及び充電ECU300の各々における各種制御は、ソフトウェアによる実行に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で実行することも可能である。AC充電器ECU150及び充電ECU300の各々が備えるプロセッサの数は任意であり、所定の制御ごとにプロセッサが用意されてもよい。
電動車両は、入力装置410と報知装置420とをさらに備える。
入力装置410は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置410は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号を充電ECU300へ出力する。通信方式は有線でも無線でもよい。入力装置410の例としては、各種スイッチ、各種ポインティングデバイス、キーボード、タッチパネルが挙げられる。入力装置410は、カーナビゲーションシステムの操作部であってもよい。入力装置410は、音声入力を受け付けるスマートスピーカであってもよい。
入力装置410は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置410は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号を充電ECU300へ出力する。通信方式は有線でも無線でもよい。入力装置410の例としては、各種スイッチ、各種ポインティングデバイス、キーボード、タッチパネルが挙げられる。入力装置410は、カーナビゲーションシステムの操作部であってもよい。入力装置410は、音声入力を受け付けるスマートスピーカであってもよい。
報知装置420は、充電ECU300から要求があったときに、ユーザ(たとえば、乗員)へ所定の報知処理を行なうように構成される。報知装置420は、表示装置(たとえば、タッチパネルディスプレイ)、スピーカ、及びランプ(たとえば、MIL(故障警告灯))の少なくとも1つを含んでもよい。報知装置420は、メータパネル、ヘッドアップディスプレイ、又はカーナビゲーションシステムであってもよい。
この実施の形態に係る充電システムでは、充電ECU300がCHEN機能を有する。充電ECU300は、AC充電器100に異常が生じたときにバッテリ200の充電を禁止する。これにより、バッテリ200の過剰な充電が抑制される。しかしながら、CHEN機能に異常が生じることがある。そこで、この実施の形態に係る充電システムは、バッテリ200の充電を開始する前にCHEN機能を診断する。この実施の形態に係るCHEN機能の診断方法について説明する前に、比較例に係るCHEN機能の診断方法について説明する。
図4は、比較例に係るCHEN機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。図4において、線L51及びL52は、それぞれ充電リレーCHR−B及びCHR−Gの状態の推移を示している。線L53は、CHEN機能の状態(CHEN許可状態/CHEN禁止状態)の推移を示している。線L54、L55、L56、L57、L58は、それぞれCHRQ、CHPW、プリチャージ指令、VCHG、IACの推移を示している。
図4を参照して、この比較例に係るCHEN機能の診断方法では、充電リレーCHR−B及びCHR−G(線L51,L52)の両方がOFF状態(遮断状態)になっているタイミングt51で、充電ECU300がAC充電器ECU150へプリチャージ指令を送信する(線L56)。タイミングt51では、充電システムはCHEN許可状態(すなわち、充電ECU300から電力変換回路111へ禁止信号が送信されていない状態)になっている。AC充電器ECU150は、CHEN許可状態において、プリチャージ指令を受信すると、充電回路110によってコンデンサ130に電圧を印加すること(線L57)により、コンデンサ130のプリチャージを実行する。たとえば、コンデンサ130の電圧がバッテリ200の電圧(VB)に近い値になるまでコンデンサ130に電荷を供給してコンデンサ130の電圧を上昇させる。コンデンサ130のプリチャージが完了すると、タイミングt52において、充電ECU300がプリチャージ指令の送信をやめる。これにより、「プリチャージ指令あり」から「プリチャージ指令なし」に遷移する(線L56)。また、充電ECU300は、充電リレーCHR−BをON状態(接続状態)にする(線L51)。
さらに、充電ECU300は、CHEN機能の診断を行なうためにCHEN機能を異常検知状態(すなわち、AC充電器100の異常を検知したときの状態)にする。CHEN機能が正常であれば、充電ECU300から電力変換回路111へ禁止信号が送信され、充電システムがCHEN禁止状態になる(線L53)。他方、CHEN機能に異常が生じて、CHEN機能によって禁止信号が送信されなくなると、線L61で示すように、充電システムがCHEN許可状態に固定される。
その後、充電ECU300は、タイミングt53において、充電リレーCHR−GをOFF状態からON状態に切り替える。これにより、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方がON状態になる。また、充電ECU300は、CHRQと、充電実行中のCHPW(たとえば、3.3kW)とを、AC充電器ECU150へ送信する。
CHEN機能が正常であれば、タイミングt53において、充電システムがCHEN禁止状態になっている。このため、タイミングt53からタイミングt54までの期間(期間t53〜t54)において、AC充電器100から電力が出力されなくなり、IACは0Aになる。CHEN機能の診断が完了すると、タイミングt54において、CHEN機能が通常の動作に戻る。このため、AC充電器100に異常がなければ、充電システムはCHEN許可状態に戻る(線L53)。これにより、AC充電器ECU150がバッテリ200の外部充電を開始する。バッテリ200の外部充電が実行されることで、IACは上昇する(線L58)。
他方、線L61で示すように充電システムがCHEN許可状態に固定されていると、CHEN機能によってAC充電器100の出力が禁止されず、線L62で示すように、タイミングt53以降にIACが上昇する。充電ECU300は、IACに基づいて、CHEN機能の異常を検出できる。CHEN機能の異常が検出されたときには、充電ECU300は、AC充電器100を制御することにより、AC充電器100の出力を停止する。これにより、充電電流が遮断される。
しかしながら、CHEN機能の異常が検出されたときに、上記充電電流の遮断が直ちに行なわれるとは限らない。AC充電器100の状態によっては、充電電流の遮断が遅れるかもしれない。そして、充電電流の遮断が遅れた場合には、バッテリ200に過剰な充電が行なわれる可能性がある。充電回路110に異常が生じている場合には、充電ECU300は、充電リレーCHR−B,CHR−Gを制御することにより、充電電流を止めることもできる。しかし、電流が流れた状態で充電リレーCHR−B,CHR−Gが接続状態から遮断状態に切り替えられると、発熱により充電リレーCHR−B,CHR−Gが溶着することがある。
そこで、この実施の形態に係るCHEN機能の診断方法では、充電ECU300が、充電経路遮断状態において、CHEN機能に禁止信号を送信させるとともに、AC充電器ECU150に対してプリチャージ指令を出し、電圧センサ152によって検出されるコンデンサ130の電圧に基づいてCHEN機能が正常であるか否かを判断する。以下、この実施の形態に係るCHEN機能の診断方法について説明する。
図5は、充電ECU300が充電開始時に実行する処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば充電ケーブル(図示せず)のコネクタが電動車両のインレット10に接続され、電動車両とAC電源500とが充電ケーブルを介して電気的に接続されると、開始される。充電ECU300は、インレット10に設けられたセンサ(図示せず)の出力に基づいて、充電ケーブルのコネクタの接続を検出してもよい。また、充電ECU300は、AC電源500から出力されるケーブル接続信号に基づいて、インレット10に対するコネクタの接続を検出してもよい。ケーブル接続信号の例としては、CPLT信号(コントロールパイロット信号)又はProximity信号が挙げられる。
図1〜図3とともに図5を参照して、ステップ(以下、単に「S」と表記する)11では、充電ECU300が、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々に対してOFF状態になるように指示する。S12では、電圧センサ152によって検出されるVCHGが0Vであるか否かを、充電ECU300が判断する。S11及びS12は、充電リレーCHR−B,CHR−Gが溶着したか否かを診断するための処理に相当する。充電リレーCHR−B及びCHR−Gの各々が溶着していなければ、充電ECU300の指示に従って充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方がOFF状態になる。
S12においてNO(VCHG≠0V)と判断された場合には、充電ECU300は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gが溶着していると認定し、処理はS21に進む。充電ECU300は、S21において、報知装置420を制御することにより、外部充電が禁止されたことをユーザに報知する。報知の方法は任意であり、表示装置への表示(たとえば、文字又は画像の表示)でユーザに知らせてもよいし、スピーカにより音(音声を含む)でユーザに知らせてもよいし、所定のランプを点灯(点滅を含む)させてもよい。また、充電ECU300は、充電リレーCHR−B,CHR−Gが溶着したことを記憶装置330に記録する。記憶装置330に記録された情報はOBD(自己診断)で使用されてもよい。S21の処理が実行されると、図5に示す一連の処理は終了する。
S12においてYES(VCHG=0V)と判断された場合には、充電ECU300は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gは正常である(溶着していない)と認定し、処理はS13に進む。S13では、充電ECU300が、CHEN機能を異常検知状態にして電力変換回路111へ禁止信号を送信するとともに、AC充電器ECU150に対してプリチャージ指令を出す。S11における充電ECU300の指示により、S13においては、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方がOFF状態になっており、充電リレーCHR−B及びCHR−GによりAC充電器100からバッテリ200までの充電経路が遮断されている。S14では、「充電経路遮断状態」かつ「CHEN禁止状態」かつ「プリチャージ指令あり」の状態で、電圧センサ152によって検出されるVCHGが0Vであるか否かを、充電ECU300が判断する。S13及びS14は、充電ECU300のCHEN機能が正常であるか否かを診断するための処理に相当する。CHEN機能が正常であれば、AC充電器100から電力が出力されなくなり、VCHGは0Vになる。
S14においてNO(VCHG≠0V)と判断された場合には、充電ECU300は、CHEN機能に異常が生じていると認定し、処理はS22に進む。S22の処理は、基本的にはS21の処理と同じである。ただし、S22においては、CHEN機能に異常が生じたことが記憶装置330に記録される。
S14においてYES(VCHG=0V)と判断された場合には、充電ECU300は、CHEN機能は正常であると認定し、処理はS15に進む。S15では、充電ECU300が、CHEN機能を通常の動作に戻す。AC充電器100に異常がなければ、充電システムはCHEN許可状態になる。S15においても、「充電経路遮断状態」かつ「プリチャージ指令あり」の状態は維持される。このため、AC充電器ECU150は、プリチャージ指令に従ってコンデンサ130のプリチャージを実行する。
コンデンサ130のプリチャージが完了すると、処理はS16に進む。充電ECU300は、たとえば、電圧センサ152によって検出されるVCHGが所定の基準値に達したときに、コンデンサ130のプリチャージが完了したと判断する。S16では、充電ECU300が、プリチャージ指令の送信をやめて、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方をON状態にするとともに、CHRQと、充電実行中のCHPW(たとえば、3.3kW)とを、AC充電器ECU150へ送信する。これにより、AC充電器ECU150がバッテリ200の外部充電を開始する。
外部充電制御の詳細については割愛するが、AC充電器ECU150が充電回路110を制御することにより、バッテリ200の外部充電が実行される。AC充電器ECU150は、バッテリ200に供給される電力がCHPWになるように充電回路110を制御する。これにより、バッテリ200が充電される。所定の終了条件が成立するまで外部充電は継続される。ただし、外部充電中にAC充電器100に異常が生じたときには、CHEN機能によってAC充電器100の出力が禁止され、外部充電が中止される。終了条件は、バッテリ200が満充電になったときに成立してもよい。終了条件が成立すると、充電ECU300は、CHRQの送信をやめることによって外部充電を停止する。
図6は、この実施の形態に係るCHEN機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。図6における線L11〜L18は、図4に示した線L51〜L58に対応している。
図1及び図5とともに図6を参照して、この実施の形態に係るCHEN機能の診断方法では、タイミングt11で、図5に示したS13の処理が実行される。充電ECU300は、充電リレーCHR−B及びCHR−Gの両方がOFF状態(遮断状態)になっているとき(線L11,L12)に、CHEN機能を異常検知状態にするとともに、AC充電器ECU150に対してプリチャージ指令を出す(線L16)。CHEN機能が正常であれば、充電ECU300から電力変換回路111へ禁止信号が送信され、充電システムがCHEN禁止状態になる(線L13)。他方、CHEN機能に異常が生じて、CHEN機能によって禁止信号が送信されなくなると、線L21で示すように、充電システムがCHEN許可状態に固定される。
タイミングt11からタイミングt12までの期間(期間t11〜t12)において、図5に示したS14の処理が実行される。CHEN機能が正常であれば、AC充電器100から電力が出力されなくなり、VCHGは0Vになる。他方、線L21で示すように充電システムがCHEN許可状態に固定されていると、CHEN機能によってAC充電器100の出力が禁止されず、線L22で示すように、タイミングt11以降にVCHGが上昇する。VCHGの上昇が生じると、図5に示したS14においてNOと判断され、図5に示したS22の処理が実行された後、バッテリ200の外部充電は中止される。
CHEN機能が正常である場合には、CHEN機能の診断が完了するタイミングt12で、図5に示したS15の処理が実行される。充電システムはCHEN許可状態になり(線L13)、AC充電器ECU150は、充電回路110によってコンデンサ130に電圧を印加すること(線L17)により、コンデンサ130のプリチャージを実行する。
その後、タイミングt13において、コンデンサ130のプリチャージが完了すると、充電ECU300がプリチャージ指令の送信をやめる。これにより、「プリチャージ指令あり」から「プリチャージ指令なし」に遷移する(線L16)。また、充電ECU300は、充電リレーCHR−BをON状態(接続状態)にする(線L11)。その後、タイミングt14で、充電ECU300は、バッテリ200の外部充電を実行するために、CHRQと、充電実行中のCHPW(たとえば、3.3kW)とを、AC充電器ECU150へ送信するとともに、充電リレーCHR−GをOFF状態からON状態に切り替える。これにより、バッテリ200の充電経路が接続され、バッテリ200の外部充電が開始される。
以上説明したように、充電ECU300は、バッテリ200の充電開始に先立ち、AC充電器100の出力電圧によるコンデンサ130のプリチャージの実行を指示する実行手段を備える。この実施の形態では、充電ECU300の実行手段がプリチャージ指令をAC充電器ECU150へ送信する。また、充電ECU300は、コンデンサ130の電圧を取得する電圧取得手段を備える。この実施の形態では、充電ECU300の電圧取得手段が、コンデンサ130の電圧を示すVCHGを電圧センサ152から取得する。また、充電ECU300は、バッテリ200の充電中にAC充電器100に異常が生じたときにAC充電器100の出力を禁止する禁止信号をAC充電器100へ送信する禁止手段を備える。この実施の形態では、充電ECU300のCHEN機能が禁止手段に相当する。また、充電ECU300は、禁止手段を診断する診断手段を備える。充電ECU300の診断手段は、充電リレーCHR−B,CHR−GによりAC充電器100からバッテリ200までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージ指令を出し、電圧取得手段によって取得されるコンデンサ130の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断する(図5のS14参照)。この実施の形態においては、プロセッサ310と、プロセッサ310により実行されるプログラムとによって、上記各手段が具現化される。ただしこれに限られず、これら各手段は、専用のハードウェア(電子回路)によって具現化されてもよい。
車両の構成は、図3に示した構成に限られない。たとえば、図3ではMGが1つだけ設けられる構成が示されるが、MGの数はこれに限定されず、MGを複数(たとえば2つ)設ける構成としてもよい。また、車両は、非接触充電可能に構成されてもよい。車両は、乗用車に限られず、バス又はトラックであってもよい。
充電システムは、車両以外の乗り物(船、飛行機等)に搭載された充電システムであってもよいし、無人の移動体(無人搬送車(AGV)、農業機械、移動型ロボット、ドローン等)に搭載された充電システムであってもよいし、建物(住宅、工場等)に設置された充電システムであってもよい。
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、上記した実施の形態の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及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。
10 インレット、21 MG、22 PCU、23 SMR、24 動力伝達ギア、25 駆動輪、100 AC充電器、110 充電回路、111 電力変換回路、111a フィルタ、111b AC/DC変換回路、111c DC/AC変換回路、111d スイッチ、112 絶縁トランス、112a 1次コイル、112b 2次コイル、113 整流回路、130 コンデンサ、150 AC充電器ECU、151 電流センサ、152 電圧センサ、200 バッテリ、300 充電ECU、310 プロセッサ、320 RAM、330 記憶装置、340 タイマ、410 入力装置、420 報知装置、500 AC電源、CHL1,CHL2 充電ライン、CHR−B,CHR−G 充電リレー、L1 バス、L2 ジカ線。
Claims (1)
- 二次電池と、前記二次電池を充電するための充電電力を出力する充電装置と、前記二次電池と前記充電装置との間に配置された充電リレーと、前記充電装置を制御する充電制御装置とを備える充電システムであって、
前記充電装置は、供給される電力を前記充電電力に変換する充電回路と、前記二次電池に並列に接続された蓄電器とを有し、
前記充電制御装置は、
前記二次電池の充電開始に先立ち、前記充電装置の出力電圧による前記蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、
前記蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、
前記二次電池の充電中に前記充電装置に異常が生じたときに前記充電装置の出力を禁止する禁止信号を前記充電装置へ送信する禁止手段と、
前記禁止手段を診断する診断手段とを有し、
前記診断手段は、前記充電リレーにより前記充電装置から前記二次電池までの充電経路が遮断されているときに、前記禁止手段に前記禁止信号を送信させるとともに、前記実行手段により前記プリチャージの実行指令を出し、前記電圧取得手段によって取得される前記蓄電器の電圧に基づいて前記禁止手段が正常であるか否かを判断するように構成される、充電システム。
Priority Applications (1)
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- 2020-05-01 JP JP2020081054A patent/JP2021176252A/ja active Pending
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