JP7020187B2 - 車載用の電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、外部電源からの電力によりバッテリを充電する車載用の電源装置に関する。
従来、この種の車載用の電源装置としては、蓄電装置と、外部電源(商用電源系統)からの交流電圧を入力し直流電圧に変換して蓄電装置を充電する充電器と、蓄電装置の充電を制御する充電制御CPUと、蓄電装置のSOCを監視する電池CPUと、蓄電装置のSOCを監視する充電状態監視CPUと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この電源装置では、充電状態監視CPUは、SOCの監視により蓄電装置の満充電状態を検知したにも拘わらず充電制御CPUによる充電制御が実行されているときには、充電器の電力変換用のスイッチング素子をゲート遮断して蓄電装置の充電を停止する。
上述した車載用の電源装置では、外部電源から交流電圧を入力して直流電圧に変換してバッテリを充電する充電器を備えるものを前提とし、充電器の電力変換用のスイッチング素子をゲート遮断することで充電停止するものであり、急速充電設備などから高圧の直流電圧を直接入力してバッテリを充電する場合には適用することができない。
本発明の車載用の電源装置は、バッテリの充電を制御する制御ユニットに故障が生じても、適切に充電を停止できるようにしてバッテリが過充電するのを防止することを主目的とする。
本発明の車載用の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車載用の電源装置は、
バッテリと、該バッテリの状態を監視する第1制御ユニットと、外部充電設備のコネクタがインレットに接続されている状態で前記外部充電設備から供給される電力により前記バッテリを充電すると共に前記バッテリの満充電時または異常時に前記外部充電設備に充電停止を指令する指令信号を送信する第2制御ユニットと、前記第1制御ユニットと通信が可能な第3制御ユニットと、を有する車載用の電源装置であって、
前記コネクタおよび前記インレットを介して前記外部充電設備と接続される信号線を有し、前記信号線からの信号により前記外部充電設備が前記コネクタの接続を確認可能に構成されたコネクタ接続確認回路と、
を備え、
前記第3制御ユニットは、前記バッテリの満充電時または異常時に前記バッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、前記信号線からの信号を遮断する、
ことを要旨とする。
バッテリと、該バッテリの状態を監視する第1制御ユニットと、外部充電設備のコネクタがインレットに接続されている状態で前記外部充電設備から供給される電力により前記バッテリを充電すると共に前記バッテリの満充電時または異常時に前記外部充電設備に充電停止を指令する指令信号を送信する第2制御ユニットと、前記第1制御ユニットと通信が可能な第3制御ユニットと、を有する車載用の電源装置であって、
前記コネクタおよび前記インレットを介して前記外部充電設備と接続される信号線を有し、前記信号線からの信号により前記外部充電設備が前記コネクタの接続を確認可能に構成されたコネクタ接続確認回路と、
を備え、
前記第3制御ユニットは、前記バッテリの満充電時または異常時に前記バッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、前記信号線からの信号を遮断する、
ことを要旨とする。
この本発明の車載用の電源装置では、バッテリの状態を監視する第1制御ユニットと、外部充電設備からの電力によりバッテリの充電すると共にバッテリの満充電時または異常時に外部充電設備に充電停止指令を送信する第2制御ユニットに加えて、コネクタ接続確認回路と、第1制御ユニットと通信可能な第3制御ユニットと、を備える。コネクタ接続確認回路は、コネクタおよびインレットを介して外部充電設備と接続される信号線を有し、信号線からの信号により外部充電設備がコネクタの接続を確認可能に構成される。そして、第3制御ユニットは、バッテリの満充電時または異常時にバッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、信号線からの信号を遮断する。これにより、外部充電設備にコネクタが外されたと認識させることができ、充電を停止させることができる。この結果、第2制御ユニットの故障により充電停止指令を外部充電設備に送信することができない場合であっても、適切に充電を停止できるようにしてバッテリが過充電するのを防止することができる。ここで、第3制御ユニットは、第1制御ユニットからバッテリの状態を受信し、受信したバッテリの状態に基づいてバッテリの満充電または異常を判定して、第2制御ユニットに外部充電設備への充電停止指令の送信を指示するものとしてもよい。また、第2制御ユニットは、第1制御ユニットからバッテリの状態を受信し、受信したバッテリの状態に基づいてバッテリの満充電または異常を判定して、外部充電設備に充電停止指令を送信するものとしてもよい。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての車載用の電源装置20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、急速充電設備10と電源装置20との接続関係を示す構成図である。実施例の電源装置20は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、走行用のモータなどの電源として機能する。実施例では、説明の容易のためにハイブリッド自動車の電源として電源装置20が搭載されているものとして説明する。実施例の電源装置20は、図1に示すように、インレット21と、充電リレー24と、バッテリ30と、充電用電子制御ユニット(以下、充電ECUと称する。)26と、電池用電子制御ユニット(以下、電池ECUと称する。)36と、コネクタ接続確認回路40と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUと称する。)50と、を備える。
インレット21は、充電ライン22によりバッテリ30に接続されている。電源装置20は、外部電源としての急速充電設備10の接続コネクタ11がインレット21に接続されているときに、急速充電設備10からの高圧の直流電圧を直接入力してバッテリ30を急速充電するように構成されている。充電ライン22には充電リレー24が取り付けられており、充電リレー24は、充電ECU26によってオンされることにより、急速充電設備10からの電力をバッテリ30側に供給する。
急速充電設備10は、図2に示すように、電力変換部13や12V電源14、複数のスイッチSW1,SW2、フォトカプラPC1、抵抗R1,R2、設備全体を制御するための設備側制御部16、車両側と通信するためのCAN回路17などを備える。電力変換部13は、商用電力系統からの交流電圧を直流電圧に変換するものである。電力変換部13の出力端子に接続された電力線L1は、接続コネクタ11がインレット21に接続されたときに充電ライン22に接続され、直流電圧を充電ライン22に印加する。スイッチSW1,SW2は、接続コネクタ11がインレット21に接続されている状態で、設備側の12V電源14を、配線L2により車両側の充電リレー24を駆動するソレノイドSO1,SO2に接続するための充電開始停止用のスイッチである。抵抗R1は、一端がグランドに接続され、他端が配線L3により接続コネクタ11およびインレット21を介して車両側のコネクタ接続確認回路40の信号線41に接続される。フォトカプラPC1は、接続コネクタ11がインレット21に接続されている状態で、車両側のトランジスタTのオンオフ(充電許可禁止)を検知するためのものである。フォトカプラPC1は、12V電源14と抵抗R2とを接続する配線L4に取り付けられ、トランジスタTは、エミッタが接地されると共にコレクタに抵抗R4が接続されている。そして、接続コネクタ11がインレット21に接続されると、抵抗R2と抵抗R4とが接続され、トランジスタTがオンのときにはフォトカプラPC1に電流が流れ、トランジスタTがオフのときにはフォトカプラPC1に電流が流れなくなる。この他、急速充電設備10には、接地用の配線L5やCAN通信用の配線L6なども設けられている。設備側制御部16は、図示しないがCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、所定プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポートなどを備える。設備側制御部16には、フォトカプラPC1からの信号などが入力ポートを介して入力されている。一方、設備側制御部16からは、スイッチSW1,SW2への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、設備側制御部16には、車両側とCAN通信を行なうためのCAN回路17が接続されている。
コネクタ接続確認回路40は、車両側の12V電源29に接続される信号線41に直列に設けられたフォトカプラPC4,スイッチ42および抵抗R3を備える。抵抗R3は、一端にグランドが接続された設備側の抵抗R1の他端に、接続コネクタ11およびインレット21を介して接続される。フォトカプラPC4の信号は充電ECU26に入力され、スイッチ42はHVECU50によってオンオフされる。接続コネクタ11がインレット21に接続されると、スイッチ42がオンされているときには、12V電源29からフォトカプラPC4,スイッチ42,抵抗R3および抵抗R1に電流が流れるため、充電ECU26は、フォトカプラPC4からのオン信号により接続コネクタ11がインレット21に接続されていることを認識することができる。一方、接続コネクタ11がインレット21から外されると、フォトカプラPC4に電流が流れなくなるため、充電ECU26は、フォトカプラPC4からのオフ信号によってコネクタ抜けを認識することができる。また、設備側制御部16は、抵抗R1の電圧を監視しており、抵抗R1の電圧低下によってコネクタ抜けを認識することができる。また、実施例では、コネクタ接続確認回路40にHVECU50によりオンオフされるスイッチ42を設けているから、急速充電設備10は、接続コネクタ11がインレット21に接続されていても、HVECU50によりスイッチ42がオフされると、抵抗R1の電圧低下によってコネクタ抜けと認識することとなる。
充電ECU26は、図示しないがCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートなどを備える。充電ECU26には、充電開始停止の用のスイッチSW1,SW2のオンオフを検知するためのフォトカプラPC2,PC3からの信号や、コネクタ接続確認用のフォトカプラPC4からの信号などが入力ポートを介して入力されている。一方、充電ECU26からは、充電許可禁止用のトランジスタTへの制御信号や、充電リレー24を駆動するソレノイドSO1,SO2に設備側の12V電源14を接続するための車両側のスイッチSW3への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、充電ECU26には、CAN回路27が接続されており、接続コネクタ11がインレット21に接続されているときに、CAN回路27およびCAN回路17を介して設備側制御部16と通信可能となっている。充電ECU26は、急速受電設備10に充電の開始を指示する充電開始指令を送信したり、バッテリ30の状態を送信したり、バッテリ30の異常時に急速充電設備10に充電の停止を指示する充電停止指令を送信したりする。また、充電ECU26は、HVECU40と通信をしており、充電ECU26により得た情報を必要に応じてHVECU40に送信している。
バッテリ30は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されており、電力ライン32により図示しない走行用のモータを駆動するインバータなどの駆動装置に接続されている。電力ライン32の正極側および負極側には、それぞれシステムメインリレー34が取り付けられている。充電ライン22は電力ライン32のシステムメインリレー42と駆動装置との間に接続されており、急速充電設備10からの電力は、充電リレー24とシステムメインリレー34とを順に介してバッテリ30に供給されるようになっている。バッテリ30は、電池ECU36によって管理されている。
電池ECU36は、図示しないがCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートなどを備える。電池ECU36には、バッテリ30の出力端子に接続された電力ライン32に取り付けられた電流センサ31aからの電池電流Ibや、バッテリ30の端子間に設置された電圧センサ31bからの電池電圧Vbなどが入力ポートを介して入力されている。また、電池ECU36は、入力した電池電流Ibの積算値に基づいてバッテリ30から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合SOCを演算している。また、電池ECU36は、HVECU40と通信しており、電池ECU36により得た情報を必要に応じてHVECU40に送信している。
HVECU40は、図示しないがCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートなどを備える。HVECU40は、システム起動時にシステムメインリレー34をオンとし、ハイブリッド自動車全体のシステムを管理すると共に走行用のモータを駆動するインバータなどを駆動制御する。HVECU40は、上述したように、充電ECU26や電池ECU36と通信しており、充電ECU26や電池ECU36から必要な情報をやり取りしている。
なお、実施例の電源装置20としては、インレット21と、充電リレー24と、充電ECU26と、バッテリ30と、電池ECU36と、HVECU40とが相当する。
こうして構成された実施例の車載用の電源装置20では、充電ECU26は、接続コネクタ11がインレット21に接続されたことをフォトカプラPC4からの信号により確認すると、CAN回路27により設備側制御部16に対して充電開始指令を送信する。CAN回路17を介して充電開始指令を受信した設備側制御部16は、スイッチSW1,SW2をオンする。充電ECU26は、フォトカプラPC2,PC3からの信号によりスイッチSW1,SW2がオンされたことを認識し、スイッチSW3をオンする。これにより、設備側の12V電源14によりソレノイドSO1,SO2が駆動され、充電リレー24がオンされる。そして、設備側制御部16は、電力変換部13を制御することにより、バッテリ30の急速充電を開始する。なお、設備側制御部15は、急速充電中に抵抗R1の電圧低下によりコネクタ抜けを認識すると、充電出力を停止する。
次に、急速充電中に充電ECU26が故障した場合の充電停止動作について説明する。図3は、HVECU50により実行される充電停止処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。
充電停止処理ルーチンが実行されると、HVECU50は、まず、急速充電中であるか否かを判定する(ステップS100)。急速充電中でないと判定すると、何もせずに本ルーチンを終了する。一方、急速充電中であると判定すると、電池ECU36から通信によりバッテリ30の蓄電割合SOCや電池電圧Vbを入力し(ステップS110)、バッテリ30が過充電状態であるか否かを判定する(ステップS120)。バッテリ30が過充電状態でないと判定すると、本ルーチンを終了する。一方、バッテリ30が過充電状態であると判定すると、充電ECU26に充電停止指令を急速充電設備10へ送信するよう指示する(ステップS130)。充電停止指令の送信指示を受信した充電ECU26は、CAN回路27を用いて充電停止指令を設備側制御部16に送信する。充電停止指令を受信した設備側制御部16は、電力変換部13をシャットダウンすると共にスイッチSW1,SW2をオフしてバッテリ30への充電出力を停止する。そして、所定時間(例えば数100msec)が経過するのを待って(ステップS140)、電池ECU36から電池電流Ibを入力し(ステップS150)、入力した電池電流Ibが値0であるか否か、すなわちバッテリ30の充電が停止されたか否かを判定する(ステップS160)。電池電流Ibが値0であると判定すると、充電ECU26から急速充電設備10へ正常に充電停止指令が送信されてバッテリ30の充電が停止されたと判断して、本ルーチンを終了する。一方、電池電流Ibが値0でないと判定すると、充電ECU26の故障等により急速充電設備10へ正常に充電停止指令が送信されなかったと判断して、コネクタ接続確認回路40のスイッチ42をオフして(ステップS170)、本ルーチンを終了する。コネクタ接続確認回路40のスイッチ42がオフされると、上述したように、急速充電設備10は、抵抗R1の電圧低下によりコネクタ抜けを認識し、充電出力を停止する。これにより、バッテリ30の充電が停止されるため、バッテリ30の過充電を抑制することができる。
以上説明した実施例の車載用の電源装置20では、EVECU50は、電池ECU36から入力したバッテリ30の状態(蓄電割合SOCや電池電圧Vb)に基づいて過充電状態と判定すると、急速充電設備10への充電停止指令の送信を充電ECU26に指示する。そして、充電ECU26に充電停止指令の送信を指示したにも拘わらず、電池電流Ibが値0でないと判定すると、スイッチ42をオフしてコネクタ接続確認回路40の信号を遮断する。これにより、急速充電設備10はコネクタ抜けを認識して充電出力を停止するから、充電ECU26の故障等により充電停止指令を外部充電設備10に送信できない場合でも、充電停止して、バッテリ30の過充電を抑制することができる。
実施例では、HVECU50は、電池ECU36からバッテリ30の状態を入力し、入力したバッテリ30の状態に基づいて過充電状態が判定されると、充電ECU26に急速充電設備10への充電停止指令の送信を指示するものとした。しかし、充電ECU26が、電池ECU36からバッテリ30の状態を入力し、入力したバッテリ30の状態に基づいて過充電状態を判定すると、急速充電設備10に充電停止指令を送信するものとしてもよい。この場合、図3のステップS130の処理を省略すればよい。
実施例では、電池ECU36から入力したバッテリ30の状態に基づいて過充電状態を判定して急速充電設備10へ充電停止指令を送信するものとした。しかし、バッテリ30の満充電状態を判定して充電停止指令を送信するものとしてもよいし、バッテリ30の他の異常を判定して充電停止指令を送信するものとしてもよい。
実施例では、ハイブリッド自動車の電源として電源装置20が搭載されているものとしたが、上述したように、電気自動車の電源として電源装置20が搭載されているものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ30が「バッテリ」に相当し、電池ECU36が「第1制御ユニット」に相当し、充電ECU26が「第2制御ユニット」に相当し、HVECU50が「第3制御ユニット」に相当し、コネクタ接続確認回路40が「コネクタ接続確認回路」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、車載用の電源装置の製造産業などに利用可能である。
10 急速充電設備、11 接続コネクタ、13 電力変換部、14 12V電源、16 設備側制御部、17 CAN回路、20 電源装置、21 インレット、22 充電ライン、24 充電リレー、26 充電用電子制御ユニット(充電ECU)、27 CAN回路、29 12V電源、30 バッテリ、31a 電流センサ、31b 電圧センサ、32 電力ライン、34 システムメインリレー、36 電池ECU、40 コネクタ接続確認回路、41 信号線、42 スイッチ、50 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、L1 電力線、L2,L3,L4,L5,L6 配線、SW1,SW2,SW3 スイッチ、SO1,SO2 ソレノイド、PC1,PC2,PC3,PC4 フォトカプラ、T トランジスタ、R1,R2,R3 抵抗。
Claims (1)
- バッテリと、該バッテリの状態を監視する第1制御ユニットと、外部充電設備のコネクタがインレットに接続されている状態で前記外部充電設備から供給される電力により前記バッテリを充電すると共に前記バッテリの異常時に前記外部充電設備に充電停止を指令する指令信号を送信する第2制御ユニットと、前記第1制御ユニットと通信が可能な第3制御ユニットと、を有する車載用の電源装置であって、
前記コネクタおよび前記インレットを介して前記外部充電設備と接続される信号線を有し、前記信号線からの信号により前記外部充電設備が前記コネクタの接続を確認可能に構成されたコネクタ接続確認回路と、
を備え、
前記第3制御ユニットは、前記バッテリの異常時に前記バッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、前記信号線からの信号を遮断する、
車載用の電源装置。
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