JP2010148213A - 充電制御システム、制御装置、充電制御方法及び制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】充電ケーブルを介した充電制御を実行する必要がない状況で、給電線が断線し或いは地絡しても、走行に支障を来すことがない充電制御システム、制御装置、充電制御方法及び異常処理方法を提供する。
【解決手段】車両に着脱可能な充電ケーブル300を介して、車両の外部電源に接続される充電装置151と蓄電装置150とを接続する給電線と、給電線に介装された充電リレー回路RY2と、充電ケーブル300が車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路331から出力される接続信号により充電リレー回路RY2を駆動する駆動回路184を備える。
【選択図】図4
【解決手段】車両に着脱可能な充電ケーブル300を介して、車両の外部電源に接続される充電装置151と蓄電装置150とを接続する給電線と、給電線に介装された充電リレー回路RY2と、充電ケーブル300が車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路331から出力される接続信号により充電リレー回路RY2を駆動する駆動回路184を備える。
【選択図】図4
Description
本発明は、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源により充電する充電制御システム、制御装置、充電制御方法及び制御方法に関する。
近年、環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池車などが注目されている。これらの車両には、走行駆動力を発生するモータと、モータに供給される電力を蓄えるニッケル水素電池やリチウムイオン電池を採用した蓄電装置が搭載されている。ハイブリッド車には、動力源として電動機とともに内燃機関がさらに搭載され、燃料電池車には、車両駆動用の直流電源として燃料電池が搭載されている。
特許文献1に記載されているように、このような車両に搭載された車両駆動用の蓄電装置を、一般家庭の電源から直接充電することが可能な車両が知られている。例えば、家屋に設けられた商用電源のコンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置へ充電用の電力が供給される。このように車両外部の電源から車両に搭載された蓄電装置を直接充電することが可能な車両を「プラグイン車」と称する。
プラグイン車の規格は、アメリカ合衆国では「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」(非特許文献1)により制定され、日本では「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」(非特許文献2)により制定されている。
「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」及び「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」(非特許文献2)では、一例として、コントロールパイロットに関する規格が定められている。コントロールパイロットは、構内配線から車両へ電力を供給するEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)の制御回路と車両の接地部とを車両側の制御回路を介して接続する信号ラインと定義されており、この信号ラインを介して通信されるパイロット信号に基づいて、充電ケーブルの接続状態や電源から車両への電力供給の可否、EVSEの定格電流などが判断される。
プラグイン車には、充電ケーブルを介して外部電源と接続される充電装置が設けられ、充電装置により外部電源から供給される交流電力が直流電力に変換され、蓄電装置に充電電流が供給される。
充電装置には、直流電力の電圧を調整する充電ECUが組み込まれ、車両の電力を管理して走行システムを制御するシステム制御部によって充電ECUが制御される。尚、ECUとは電子制御装置(Electric Control Unit)を意味する。
例えば、プラグインハイブリッド車には、充電ECUの他に、エンジンを制御するエンジンECUと、モータを制御するモータECU等が搭載され、システム制御部としてのプラグインハイブリッドECU(以下、「PIHV−ECU」と記す。)により、モータに給電するための蓄電装置の充電状態SOC(State of Charge)が管理され、ドライバのアクセル操作に基づいて車両の要求トルクが算出され、要求トルクとSOCに基づいて、エンジンECU及びモータECUが制御される。
また、PIHV−ECUは、車両のシステム電源がオフされているときに、車両に充電ケーブルが接続されたことを検知すると、現在のSOCが目標SOCとなるように、充電ECUに充電電力を指示して蓄電装置を充電制御する。
特開2007−228695号公報
「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ(SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler)」、(アメリカ合衆国)、エスエーイー規格(SAE Standards)、エスエーイー インターナショナル(SAE International)、2001年11月
「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格(日本電動車両規格)、2001年3月29日
しかし、充電装置が給電線を介して常に蓄電装置と接続されていると、走行中であっても給電線に高電圧が印加された状態であるため、万一の事故が発生して給電線が断線し或いは地絡すると、蓄電装置の電圧低下により走行不能状態となり、最悪時には感電事故や火災の発生等の二次災害を引き起こす虞がある。
本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、充電ケーブルを介した充電制御を実行する必要がない状況で、給電線が断線し或いは地絡しても、走行に支障を来すことがない充電制御システム、制御装置、充電制御方法及び制御方法を提供する点にある。
上述の目的を達成するため、本発明による充電制御システムの特徴構成は、蓄電装置を充電する充電制御システムであって、車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線と、前記給電線に介装された充電リレー回路と、充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号により充電リレー回路を駆動する駆動回路を備えている点にある。
上述の構成によれば、充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号により充電リレー回路が駆動されるため、充電ケーブルが接続されていない通常の走行状態では、充電リレー回路がオフされているため、給電線に高電圧が印加されず、万一の事故が発生して給電線が断線し或いは地絡することがあっても、車両が走行不能な状態に到ることが回避されるようになる。
以上説明した通り、本発明によれば、充電ケーブルを介した充電制御を実行する必要がない状況で、給電線が断線し或いは地絡しても、走行に支障を来すことがない充電制御システムを提供することができるようになった。
以下、蓄電装置を充電する本発明による充電制御システム、制御装置、充電制御方法及び異常処理方法としての制御方法を、プラグインハイブリッド車に適用する場合を説明する。
図1に示すように、車両外部の電源から車両に搭載された高圧の蓄電装置150を直接充電することが可能なプラグイン車の一例であるハイブリッド車1(以下、「プラグインハイブリッド車」と記す。)は、動力源としてエンジン100、第1MG(Motor Generator)110、第2MG(Motor Generator)120を備えている。
プラグインハイブリッド車1は、エンジン100及び第2MG120の少なくとも一方からの駆動力によって走行可能なように、エンジン100、第1MG110及び第2MG120が動力分割機構130に連結されている。
第1MG110及び第2MG120は交流回転電機で構成され、例えば、U相コイル、V相コイル及びW相コイルを備える三相交流同期回転機が用いられる。
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含み、ピニオンギヤがサンギヤ及びリングギヤと係合する遊星歯車機構で構成されている。
ピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアがエンジン100のクランクシャフトに連結され、サンギヤが第1MG110の回転軸に連結され、リングギヤが第2MG120の回転軸及び減速機140に連結され、図2に示すように、エンジン100、第1MG110、及び第2MG120の回転数が共線図上に直線で結ばれるように関係付けられている。
図1及び図3に示すように、プラグインハイブリッド車1には、システム制御部として機能し、車両の動力を統括制御するプラグインハイブリッドビークルECU(以下、「PIHV−ECU」と記す。)10、車両外部の電源から供給される電力によって蓄電装置150を充電制御する制御部として機能する充電ECU(以下、「CHG−ECU」と記す。)20、エンジン100を制御するエンジンECU(以下、「ENG−ECU」と記す。)30、第1MG110及び第2MGを制御するモータECU(以下、「MG−ECU」と記す。)40、各種の情報を運転席前部のパネルに表示するメータECU50の他、盗難防止機能を実現する防盗ECU、スマートキーで車両のロックまたはロック解除を制御するスマートECU等の電子制御装置(Electric-Control-Unit;以下、「ECU」と記す。)が搭載されている。
各ECUは、単一または複数のCPUと、CPUで実行されるプログラムが格納されたROMと、制御情報が格納されCPUのワーキングエリアとして使用されるRAMと、入出力回路とを備え、バス型ネットワークであるCAN(Controller Area Network)用のインタフェース回路(以下、「CAN−I/F」と記す。)等を備え、DC12V程度の低圧バッテリから供給される電力で駆動される。
各ECUは、CAN−I/Fを介してCAN通信線で接続され、ECU間で必要な各種の制御情報がCANを介して授受される。
プラグインハイブリッド車1には、低圧(例えば、DC12V)の蓄電装置190から給電される第一給電系統180及び第二給電系統181の二系統の給電系統を備える。
第一給電系統180は、防盗ECUやスマートECUが接続され、イグニッションスイッチIGSWの操作状態にかかわらず常時給電されている。
第二給電系統181は、イグニッションスイッチIGSWがオン操作された後に蓄電装置190から給電される系統で、CHG−ECU20、MG−ECU40、ENG−ECU30、メータECU50等の各ECUが接続されている。
各ECUには、低圧の蓄電装置190から供給されるDC12Vの直流電圧から所定レベルの制御電圧(例えば、DC5V)を生成するDCレギュレータが搭載され、DCレギュレータの出力電圧がCPU等の制御回路に供給される。
PIHV−ECU10には、第一給電系統180から給電され、電源リレーRY1を制御して第二給電系統181への給電状態を制御する第一CPU10aと、第二給電系統181から給電され、車両システムを統括して制御する第二CPU10bの二つのCPUが搭載され、両CPUがローカル通信ラインで接続されている。
第一CPU10aは、電源リレーRY1が開放されている状態でイグニッションスイッチIGSWがオン操作されたことを検出すると、電源リレーRY1を閉じて低圧の蓄電装置190から第二給電系統181への給電を開始する。
この状態で第二給電系統181に接続された第二CPU10b、及び、各ECUが起動し、夫々所期の制御動作が実行される。
また、第二CPU10bは、電源リレーRY1が閉じられている状態でイグニッションスイッチIGSWがオフ操作されたことを検出すると、CANバス185を介して他のECUにイグニッションスイッチIGSWがオフされたことを送信して、第二給電系統181に接続されている各ECUのシャットダウン処理を促す。
第二CPU10bは、CANバス185を介して各ECUのシャットダウン処理の終了を認識し、且つ、自身のシャットダウン処理を終えると、第一CPU10aを介して、電源リレーRY1を開放して第二給電系統181への給電を停止する。その後、第一CPU10aは待機状態に移行する。待機状態とは、第一CPU10aがストップ命令またはホールト命令を実行し、CPUの消費電力が低減された状態をいう。
シャットダウン処理とは、イグニッションスイッチIGSWのオフに伴って、駆動中の各種のアクチュエータの停止処理や、制御データのメモリへの退避処理等をいい、例えばENG−ECU30であれば、エンジン100の停止処理、空燃比等の各種の学習データを含むエンジン制御用のデータの不揮発性メモリへの退避処理をいう。各ECUには、必要に応じて第一給電系統180から常時給電されるSRAM、またはEEPROMがバックアップ用メモリとして搭載されているのである。
尚、イグニッションスイッチIGSWは、モーメンタリスイッチまたはオルタネートスイッチの何れの型式のスイッチであってもよく、モーメンタリスイッチを用いる場合には、PIHV−ECU10が現在の状態をフラグデータとしてRAMに保持し、そのスイッチの操作エッジでオンされたのかオフされたのかをフラグデータに基づいて判断すればよい。また、従来のキーシリンダにキーを挿入して回転操作する機械接点式のスイッチであってもよい。
イグニッションスイッチIGSWがオン操作され、第一CPU10aによって電源リレーRY1が閉じられると、第二CPU10bは車両の走行制御が可能な状態に立上がる。
蓄電装置150がシステムメインリレーRY3を介して昇降圧コンバータ200に接続され、昇降圧コンバータ200の出力電圧が第1インバータ210及び第2インバータ220で交流電圧に変換された後に、第1MG110及び第2MG120に印加されるように構成されている。
昇降圧コンバータ200は、リアクトルと、電力スイッチング素子である2つのnpn型トランジスタと、2つのダイオードとを含む。リアクトルの一端が蓄電装置150の正極側に接続され、他端が2つのnpn型トランジスタの接続ノードに接続されている。2つのnpn方トランジスタは直列に接続され、各npn型トランジスタにダイオードが逆並列に接続されている。
npn型トランジスタとして、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を好適に用いることができる。また、npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることも可能である。
第1インバータ210は、互いに並列に接続されたU相アーム、V相アーム、及びW相アームを備えている。各相アームは、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを含み、各npn型トランジスタにはダイオードが逆並列に接続されている。各相アームを構成する2つのnpn型トランジスタの接続ノードが、第1MG110の対応するコイル端に接続されている。
第1インバータ210は、昇降圧コンバータ200から供給される直流電力を交流電力に変換して第1MG110へ供給し、或は、第1MG110により発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータ200へ供給する。
第2インバータ220も、第1インバータ210と同様に構成され、各相アームを構成する2つのnpn型トランジスタの接続ノードが、第2MG120の対応するコイル端に接続されている。
第2インバータ220は、昇降圧コンバータ200から供給される直流電力を交流電力に変換して第2MG120へ供給し、或は、第2MG120により発電された交流電力を直流電流に電力して昇降圧コンバータ200へ供給する。
第二CPU10bは、車両の状態に応じて、通常走行モード、退避走行モード、走行禁止モードの各複数の走行モードを備え、RAMに記憶された各走行モードに対応した走行モードフラグの状態に基づいて、対応する走行制御を実行する。
第二CPU10bは、各ECUからCANを介して入力される診断情報及び自らが実行した自己診断による診断情報に基づいて、車両に故障が発生しているか否かを管理し、各部が正常であれば、通常走行モードで車両を制御し、通常走行に支障を来たす故障が発生していれば、退避走行フラグをセットして、最寄の修理工場等に低速で走行可能な退避走行モードで車両を制御し、走行制御自体が困難な故障が発生していれば、走行禁止フラグをセットして走行を禁止するように制御する。
つまり、退避走行フラグと走行禁止フラグはフェールセーフのために設定されるフラグであり、一部の具体例が後述されている。
退避走行フラグ及び走行禁止フラグがリセットされ、通常走行モードである場合、PIHV−ECU10は、蓄電装置150の充電状態(以下、「SOC(State Of Charge)と記す。」)を監視し、SOCが所定範囲内にあるときに、MG−ECU40を介して、蓄電装置150に蓄えられた電力または第1MG110により発電された電力の少なくとも一方を用いて第2MG120を駆動し、エンジン100の動力をアシストする。第2MG120の駆動力は、減速機140を介して駆動輪160に伝達される。
第二CPU10bは、蓄電装置150のSOCが予め定められた値よりも低いと判定すると、ENG−ECU30を介してエンジン100を始動し、動力分割機構130を介して駆動される第1MG110の発電電力を蓄電装置150に蓄えるように制御する。
さらに第二CPU10bは、蓄電装置150のSOCが予め定められた値よりも高いと判定すると、ENG−ECU30を介してエンジン100を停止し、MG−ECU40を介し、蓄電装置150に蓄えられた電力を用いて第2MG120を駆動する。
MG−ECU40は、第二CPU10bからの制御指令に基づいて、モータ走行時には昇降圧コンバータ200の電力スイッチング素子を制御して、蓄電装置150の出力電圧を所定レベルに昇圧し、第2インバータ220の各相アームを制御して第2MG120を駆動する。
また、MG−ECU40は、第二CPU10bからの制御指令に基づいて、充電時には第1インバータ210の各相アームを制御して、第1MG110からの発電電力を直流電力に変換し、昇降圧コンバータ200で降圧して蓄電装置150を充電する。
一方、車両の制動時等に、第二CPU10bは、減速機140を介して駆動輪160により駆動される第2MG120を発電機として制御し、第2MG120により発電された電力を蓄電装置150に蓄えるようにMG−ECU40に制御指令を発する。つまり、第2MG120は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして用いられる。
つまり、第二CPU10bは、蓄電装置150から出力される負荷電流と電圧、及び蓄電装置150の温度をモニタして、蓄電装置150のSOCを管理し、車両の要求トルクと蓄電装置150のSOC等に基づいて、エンジン100、第1MG110及び第2MG120を制御する。
第二CPU10bは、退避走行フラグがセットされている場合には、通常の走行を禁止し、運転者によるアクセルの踏込み量にかかわらず、所定速度以上まで加速することなく、少なくとも最寄の修理工場等へ走行することが可能な程度の速度で走行するように、エンジンまたは第2MG120を制御する。
第二CPU10bは、走行禁止フラグがセットされている場合には、後述のシステムメインリレーRY3をオフして、安全のため走行を禁止する。
図1に示すように、高圧の蓄電装置150が、車両後部のトランクルーム下部に設置されている。蓄電装置150は充放電可能な直流電源であり、例えば、ニッケル水素やリチウムイオンなどの二次電池で構成されている。蓄電装置150の出力電圧は、例えば300V前後に設定されている。
蓄電装置150は、第1MG110及び第2MG120によって発電される電力に加えて、車両外部の電源から供給される電力により充電可能に構成されている。
図1及び図3に示すように、プラグインハイブリッド車1には、フロントバンパーの近傍に、車両外部の電源から蓄電装置150へ充電電力を供給するための充電ケーブル300を接続する充電インレット270を備えている。
充電インレット270から車両の前側部に配線された交流電力線6aを介して、運転席2の下部に設置された充電装置151に交流電力が供給され、充電装置151から車両の中央部前後方向に配線された高圧の給電線6bを介して蓄電装置150に充電電力が供給される。
給電線6bと蓄電装置150との間には、リレー回路RY2が設けられている。当該リレー回路RY2は、蓄電装置150の近傍に設けられている。事故等に起因して高圧の給電線6bが断線或いは地絡して、高電圧による感電等の二次災害の発生を回避するためである。
同様に、蓄電装置150の近傍に設けられたシステムメインリレーRY3を介して、昇降圧コンバータ200への高圧の給電線7が配線されている。
充電装置151は、交流電力線6aの入力側に備えたリレー151aと、リレー151aの後段に備えた電力変換部151cと、CHG−ECU20等を備えている。
電力変換部151cは、交流電圧を整流する電流回路と平滑コンデンサを備え、平滑された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC/DCコンバータを備えている。
充電装置151に組み込まれたCHG−ECU20は、PIHV−ECU10からの制御指令に基づいて、DC/DCコンバータを制御して蓄電装置150への充電電圧を所定の充電電圧に調整する。
電力変換部151cには、蓄電装置150への出力電圧を検知する電圧検出部151bを備えている。
充電ケーブル300は、一端側に外部電源、例えば家屋に設けられた電源コンセントと接続するプラグ320が設けられ、他端側に充電インレット270と接続するコネクタ330を備えている。
図5に示すように、充電ケーブル300には、外部電源から車両に給電可能な定格電流に対応するパルス信号(以下、「コントロールパイロット信号」または「CPLT信号」と記す。)を生成する信号生成部と、給電用のリレーが組み込まれたCCID(Charging Circuit Interrupt Device)360が設けられている。
信号発信部362には、外部電源から供給される電力によって動作するCPU,ROM,RAM及び、コントロールパイロット信号を生成する発振部363とコントロールパイロット信号の信号レベルを検出する電圧検知部364等を備えている。
コネクタ330には、一端が接地されたスイッチ332が抵抗R2と直列接続された充電ケーブル接続検知回路331が組み込まれ、充電ケーブル接続検知回路331の出力がケーブル接続信号PISWとしてPIHV−ECU10に入力されている。
スイッチ332は、充電インレット270に対するコネクタ330のロック機構を解除操作するレバーに連動して開閉するように構成され、コネクタ330が充電インレット270に装着された状態でスイッチ332は閉じている。
図5及び図6に示すように、イグニッションスイッチIGSWがオフされた後、第二CPU171bが待機状態に移行している状態で、コネクタ330が充電インレット270に挿入されると、第一CPU10aの割込端子WUにCPLT信号のエッジが入力されると、第一CPU10aは、待機状態から通常の動作状態に復帰し、電源リレーRY1を閉じて第二給電系統181への給電を開始することにより、第二CPU10bを立ち上げ、第二CPU10bに充電モード信号を出力する。
一方、図4及び図5に示すように、蓄電装置150と充電装置151との間には、AND回路183の出力端子がベースに接続されたトランジスタスイッチ回路SW3により駆動される充電リレーRY2が設けられている。
AND回路183の一対の入力端子の一方には、インバータ回路182を介してケーブル接続信号PISWが入力され、他方には、電源リレーRY1により制御される第二給電系統181の給電線電圧が入力されている。
ケーブル接続信号PISWは、PIHV−ECU10の回路基板で、抵抗R12によって第二給電系統181の電源電圧にプルアップされている。充電ケーブル300が車両に接続されていない状態では、インバータ回路182の入力レベルがHレベルとなり、充電ケーブル300が車両に接続されると、抵抗R12と抵抗R2の分圧であるLレベルの信号が入力される。従って、充電ケーブル300が車両に接続されると、AND回路183の一対の入力端子の一方にHレベルの信号が入力される。
この状態で第一CPU10aにより電源リレーRY1が閉成されて、他方の入力端子にHレベルの信号が入力されると、AND回路183の出力信号がHレベルになり、トランジスタスイッチ回路SW3が導通して充電リレーRY2が閉成される。
一方、充電ケーブル300が外されると、AND回路183の一方の入力端子にLレベルの信号が入力されるため、トランジスタスイッチ回路SW3がオフして、充電リレーRY2が開放される。
尚、AND回路183の他方の入力端子に入力される信号は第二給電系統181の給電線電圧に限るものではなく、電源リレーRY1の制御信号が入力されるように構成してもよい。
つまり、インバータ回路182とAND回路183とトランジスタスイッチ回路で構成される駆動回路184によって、充電装置に制御用の電力を供給する電源リレー回路の状態を示す信号と、充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号の双方の信号が能動状態であるときにのみ、充電リレー回路を駆動する駆動回路184が構成されている。
尚、上述では、能動状態がHレベルとして説明しているが、駆動回路184の回路構成によっては能動状態がLレベルであってもよい。
充電ケーブル300が接続されていない通常の走行状態では、このような駆動回路184により充電リレーRY2がオフされているため、給電線6bが断線し或いは地絡が発生しても、感電等の二次災害を未然に防止でき、蓄電装置150の放電により車両が走行不能な状態に到ることが回避されるようになる。
尚、上述の実施形態では、駆動回路184がPIHV−ECU10の回路基板に構築される場合を説明したが、駆動回路184が充電リレーRY2の近傍に配置された回路基板に構築されるものであってもよい。
充電モード信号を受信した第二CPU10bは、メモリ(RAM)に記憶された充電禁止フラグがセットされている場合には、外部電源からの充電を禁止(充電禁止モード)し、充電禁止フラグがセットされていない場合には、外部電源からの充電を許可(充電可能モード)する。
第二CPU10bは、充電可能モードであれば、CHG−ECU20に充電指令を出力して、蓄電装置150の充電制御を開始する。
以下、充電ケーブル300を介して蓄電装置150を充電するPIHV−ECU10の充電制御について説明する。
図4及び図5に示すように、第二CPU10bには、第一インタフェース回路101及び第二インタフェース回路102を介して、CPLT信号が入力されている。
第一インタフェース回路101は、充電用インレット270から、ダイオードD1を介して入力されるCPLT信号の信号レベルを低下させる抵抗R7とスイッチSW1でなる第一降圧回路と、抵抗R8とスイッチSW2でなる第二降圧回路を備え、CPLT信号の信号レベルを検出するとともに、当該信号レベルを二段階に変化させるように構成されている。
第二インタフェース回路102は、ダイオードD2を介して入力されるコントロールパイロット信号の信号レベルがマイナスレベルになると、第二CPU171bにLレベルの信号を入力し、CPLT信号の信号レベルがプラスレベルになると、第二CPU170bにHレベルの信号を入力する抵抗回路(R9,R10,R11)と、バッファ回路と、電源電圧にプルアップされている抵抗R9を備え、CPLT信号のLレベルを検出するように構成されている。
図6に示すように、第一CPU10aが待機状態に移行している場合に、時刻t0で充電ケーブル300が充電用インレット270に装着され、時刻t1で外部電源のコンセントにプラグ320が接続されると、信号発信部362から所定レベルの直流電圧V1(例えば、+12V)を示すCPLT信号が出力される。
CPLT信号の立ち上がりエッジが第一CPU10aの割込端子WUに入力されると、第一のCPU10aは待機状態から通常の動作状態に復帰して、電源レーRY1を閉じて第二CPU10bを立ち上げ、第二CPU10bにHレベルの充電モード信号を出力する。
第二CPU10bは、第一CPU10aから入力された充電モード信号がHレベルであることを検出すると、充電制御の開始を示す旨の充電終了信号をハイレベルに設定して、第一CPU10aに出力する。
続いて、第二CPU10bは、第一インタフェース回路101を介してA/D変換入力端子PCPLTに入力される直流電圧V1のCPLT信号を検出すると、時刻t2で、第二降圧回路のスイッチSW2をオンしてCPLT信号の電圧レベルをV1からV2(例えば、+9V)に降圧する。
信号発信部362は、CPLT信号がV1からV2に低下したことを電圧検知部364により検出すると、時刻t3で、発振部363から所定のデューティサイクルで所定周波数(例えば1KHz)のパルス信号を生成して出力するように制御する。当該パルス信号の信号レベルは±V1であるが、上限レベルは第二降圧回路により降圧されている。
デューティサイクルは、外部電源から充電ケーブル300を介して車両へ供給可能な電流容量に基づいて設定される値で、充電ケーブル毎に予め設定されている。例えば、電流容量が12Aの場合には20%、電流容量が24Aの場合には40%に設定されている。
第二CPU10bは、第二インタフェース回路102を介してCPLT信号のデューティサイクルを検出して当該充電ケーブル300の電流容量を認識すると、時刻t4で、さらに第一降圧回路のスイッチSW1をオンして、CPLT信号の電圧レベルをV2からV3(例えば、+6V)に降圧する。
信号発信部362は、CPLT信号の信号レベルがV2からV3に低下したことを検出すると、リレー361を閉じて車両側に電力ケーブル310から交流電力を供給する。
第二CPU10bは、充電ケーブル300の電流容量に基づいて蓄電装置150のSOCを目標SOCまで充電するための充電電圧を設定し、充電装置151に組み込まれたCHG−ECU20に充電指令を出力する。
充電指令を受けたCHG−ECU20は、交流電力線6aの入力側に備えたリレー151aを閉じるとともに、電力変換部151cから所定の充電電圧が出力されるように制御し、給電線6bと蓄電装置150との間のリレー回路RY2を閉じて、蓄電装置150に充電電力を供給する。
CHG−ECU20は、電圧検出部151bによって充電装置151の出力電圧を検出し、検出した電圧に応じたデューティー比に調整した所定周波数のパルス信号、つまりPWM信号を第二CPU10bに出力する。
第二CPU10bは、PWM信号をモニタして、時刻t5で、蓄電装置150の電圧が所定の電圧に達すると、充電が終了したと判定し、CHG−ECU20に充電終了指令を出力するとともに、第一降圧回路のスイッチSW1をオフして、電圧レベルをV3からV2に昇圧する。
CHG−ECU20は、充電終了指令を受けると、リレー回路151aと、充電リレーRY2を開放する。
信号発信部362は、CPLT信号がV3からV2に上昇したことを検出すると、リレー361を開放して電力ケーブル310を介した車両側への交流電力の供給を停止する。
第二CPU10bは、時刻t6で、第二降圧回路のスイッチSW2をオフして、CPLT信号のレベルを当初のV1に戻し、第一CPU10aへLレベルの充電終了信号を出力してシャットダウン処理に入る。
第一CPU10aは、充電終了信号がLレベルに変化したことを検知すると、電源リレーRY1を開放して第二給電系統181への給電を停止し、その後待機状態に戻る。
尚、第二CPU10bは、ケーブル接続信号PISWをモニタしており、充電制御中にケーブル接続信号PISWがHレベルに変わると、充電ケーブル300が車両から引き抜かれたと判断して、上述した時刻t5以降の充電終了処理を実行する。
以下、PIHV−ECU10のうち、主に第二CPU10bにより実行される充電リレー回路RY2の状態、及び蓄電装置150の負荷への接続状態に基づいた充電制御システムの複数の故障状態の検知処理、及び、故障状態に応じたフェールセーフ処理について説明する。
図7に示すように、PIHV−ECU10は、イグニッションスイッチIGSWがオンされる(SA1)と、電源リレーRY1をオン制御する(SA2)。
PIHV−ECU10は、充電ケーブル300が接続されているかを、ケーブル接続信号PISWによりチェックする(SA3)。
PIHV−ECU10は、ステップSA3で、充電ケーブル300が接続されていると判断した場合は、安全のため走行制御を禁止するように判定し、RAMに区画した制御フラグ領域に定義した走行禁止フラグをセットする(SA5)。
PIHV−ECU10は、充電リレーRY2の溶着を判定するために、CHG−ECU20に対して電圧検出部151bに検知された出力電圧のモニタを要求する(SA4)。
本来充電ケーブル300が挿入されていない状態では、充電リレーRY2が開放されているため高電圧が検出されることがないが、電圧検出部151bで高電圧値が検知された場合は、高圧の蓄電装置150と充電装置151間が接続されている、即ち充電リレーRY2が溶着しているか、充電リレーRY2の駆動回路184に異常が発生していると判定するのである。
尚、充電装置151に備えた電圧検出部151bに替えて電流検出部を備え、電流検出部の出力をCHG−ECU20から受信して充電リレーRY2の溶着判定を行なってもよい。
充電装置151は、ステップSA4で検出した電圧値をPIHV−ECU10に出力し、PIHV−ECU10は高電圧のチェックを実施する(SA7)。
ステップSA7で高電圧値が検出されなければ、充電リレーRY2が正常であると判定して、走行禁止フラグをリセットして通常走行モードに移行するとともに(SA9)、充電禁止フラグをリセットして充電可能モードに移行し(SA10)、ステップSA19に遷移する。
ステップSA7で高電圧値が検出された場合は、充電リレーRY2が溶着しているか、或は、充電リレーRY2の駆動回路184に異常が発生していると判定する(SA8)。
次に、PIHV−ECU10は、システムメインリレーRY3を閉じて、昇降圧コンバータ200等のモータ制御回路を駆動するMG−ECU40から、駆動電流値または電圧値を受信して、高圧の負荷回路に漏電が発生しているか否かを判定する(SA12)。
詳述すると、PIHV−ECU10からMG−ECU40に第2MG120に対する制御電流値を出力し、当該制御電流値に応じてMG−ECU40が昇降圧コンバータ200及びインバータ回路220を制御したときに、昇降圧コンバータ200またはインバータ回路220に備えた電流検出部、例えば電流センサの値をモニタしたMG−ECU40が、当該モニタ値をPIHV−ECU10に出力するように構成し、PIHV−ECU10が制御電流値とモニタ値との差に基づいて漏電が発生しているか否かを判定するのである。
尚、漏電の発生の有無の判定方法は上述したものに限定されるものではない。例えば、PIHV−ECU10は、蓄電装置150に備わる電圧センサの出力値または電流センサの出力値に基づいて漏電の発生の有無を判定してもよい。具体的には、当該電圧センサまたは電流センサの出力値と、予め設定されPIHV−ECU10のROMに記憶された電圧閾値または電流閾値との差に基づいて漏電が発生しているか否かを判定してもよい。
ステップSA12で漏電が検知された場合は、上述の走行禁止フラグをセットして走行禁止モードに移行するとともに(SA15)、充電禁止フラグをセットして充電禁止モードに移行する(SA16)。
一方、ステップSA12で漏電が検知されなかった場合は、充電リレーRY2または充電リレーRY2の駆動回路184の故障を修理するべく、退避走行フラグをセットして退避走行モードに移行し(SA17)、充電禁止フラグをセットして充電禁止モードに移行する(SA18)。
PIHV−ECU10は、検知された故障状態を記憶しておくため、故障コード情報を第一給電系統180から給電されるスタンバイ用のRAM、またはEEPROMに記憶するとともに(SA19)、メータECU50に故障コード情報を送信して自己診断を終了する(SA20)。
PIHV−ECU10には、第二給電系統181から給電される通常のワーキング領域として使用されるSRAMと、第一給電系統180から給電されるデータ保持用のSRAM、及び、第一給電系統180からの給電が停止した場合でもデータの消失を回避するためのEEPROMを備えているのである。尚、故障コード情報が記憶されるのは、これらのSRAMやEEPROMの何れであってもよい。
メータECU50は、故障コード情報を受信すると、運転席前方の表示部に故障の種別コードまたはメッセージを表示して、運転者に修理を促す。例えば、充電リレーRY2が溶着している場合には、「充電リレー回路が故障しています。充電できません。修理してください。」等のメッセージである。
以上に説明したように、PIHV−ECU10は、蓄電装置150を充電する充電制御方法であって、車両に着脱可能な充電ケーブル300を介して車両の外部電源に接続される充電装置151と蓄電装置150とを接続する給電線に充電リレー回路RY2を介装し、充電ケーブル300が車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号により充電リレー回路RY2を駆動する充電制御方法を備える。
また、PIHV−ECU10は、充電ケーブル300が車両から離脱されている場合に、充電リレー回路RY2の溶着の有無及び蓄電装置150の漏電の有無を検知し、検知した故障状態に応じて充電禁止及び走行禁止を含む複数段のフェールセーフ処理を行う異常処理方法を備える。
尚、上記フェールセーフのための診断処理は、システム起動の度に実行され、異常判定された場合に各異常に対応するカウンタの値をインクリメントするように構成し、異常カウンタの値が所定の閾値以上となる場合に、故障発生と診断するように構成してもよい。
尚、PIHV−ECU10は充電禁止フラグがセットされていると、充電を禁止して充電禁止モードに移行し、セットされていなければ充電を許可する充電可能モードに移行する。
また、図8に示すように、PIHV−ECU10は、走行禁止フラグの状態を判定して(SB1)、走行禁止フラグがセットされていれば、走行禁止制御を実施する(SB5)走行禁止モードに移行し、セットされていなければ退避走行フラグの状態を判定する(SB2)。
ステップSB2で、退避走行フラグがセットされている場合は、退避走行制御を実施する退避走行モードに移行し(SB3)、退避走行フラグがセットされていなければ、通常走行制御を実施する通常走行モードに移行する(SB4)。
以下に、本発明の別実施形態を説明する。
上述した実施形態では、充電リレーRY2の駆動回路184を構成するAND回路の一方の入力端子にケーブル接続検知信号PISWが入力される場合を説明したが、ケーブル接続検知信号PISWに替えて、以下の信号を入力するように構成してもよい。
充電インレット270に開閉カバーを備えるとともに、開閉カバーの状態を検知するスイッチを備え、当該スイッチの状態信号をAND回路の一方の入力端子に入力し、開閉カバーが開放されているときに、AND回路の一方の入力端子にHレベルの信号が入力されるように構成してもよい。
また、充電インレットに充電ケーブルのコネクタが装入されたことを検知するスイッチを備えて、当該スイッチの状態信号をAND回路の一方の入力端子に入力し、充電ケーブルのコネクタが装入されたときに、AND回路の一方の入力端子にHレベルの信号が入力されるように構成してもよい。
さらに、上述した実施形態では、充電リレーRY2の駆動回路184を構成するAND回路の一方の入力端子にケーブル接続検知信号PISWが入力され、他方の端子に第二給電系統181の電圧が入力される場合を説明したが、図9に示すように、AND回路を省略し、ケーブル接続検知信号PISW、開閉カバーの状態検知スイッチの信号、またはコネクタが装入されたことを検知するスイッチの信号のみで、トランジスタスイッチ回路SW3が駆動されるように構成してもよい。
つまり、充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路(ケーブル接続検知信号PISWに限るものではない)から出力される接続信号により充電リレー回路を駆動するように構成してもよい。
上述した何れの実施形態でも、PIHV−ECU10の制御に関係なく、ハードウェア回路により充電リレー回路を駆動する駆動回路184が構成されるため、充電リレー回路を備えていない既存車両に、充電リレー回路及びその駆動回路を付加する必要がある場合に、既存のPIHV−ECU10のプログラムの変更を要さずに駆動回路184を付加することが容易にできる。
また、プラグイン充電を行なうための充電リレー回路を設ける場合には、駆動回路をPIHV−ECU10の制御に関係ないハードウェア回路で構築する以外に、PIHV−ECU10のCPUにより制御される出力ポートから充電リレー回路を制御するように構成してもよい。
この場合、充電装置151に組み込まれたCHG−ECU20に充電指令を出力する図6の時刻t4のタイミングで充電リレー回路がオン操作されるように構成すればよい。
そのために、上述した実施形態で説明した処理を実行するための制御プログラムの他に、上述のタイミングで充電リレー回路をオンするための制御信号を充電リレー回路に出力する制御プログラムを、PIHV−ECU10のROMに記憶しておき、PIHV−ECU10のCPUがこれらの制御プログラムを実行すればよい。
つまり、PIHV−ECU10は、車両に着脱可能な充電ケーブル300を介して車両の外部電源に接続される充電装置151と蓄電装置150とを接続する給電線に介装された充電リレー回路RY2と、充電装置151に制御用の電力を供給する電源リレー回路RY1を駆動して、充電装置151を介して蓄電装置150を充電制御させる制御プログラムを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された制御プログラムに基づいた制御を実行する制御部とを備える。
また、上述した実施形態で説明したフェールセーフ処理を実行する制御プログラムを、上述した制御プログラムに加えてPIHV−ECU10のROMに記憶しておき、PIHV−ECU10のCPUがこれらの制御プログラムを実行してもよい。
つまり、PIHV−ECU10の制御部は、充電リレー回路RY2の状態及び蓄電装置150の負荷への接続状態に基づいて、充電制御システムの複数の故障状態を検知し、故障状態に応じたフェールセーフ処理を行なうものであり、PIHV−ECU10は、該制御部と検知された故障情報を記憶する記憶部とを備える。
また、PIHV−ECU10は、充電ケーブル300が車両から離脱されている場合で、充電装置151の出力電圧または電流に基づいて充電リレー回路RY2が溶着していると判定する場合、蓄電装置150に備わる電圧センサの出力値または電流センサの出力値に基づいて漏電していると判定する場合は、通常走行モードから走行禁止モードに移行するフェールセーフ処理を行なう。
また、PIHV−ECU10は、車両に着脱可能な充電ケーブル300を介して車両の外部電源に接続される充電装置151と蓄電装置150とを接続する給電線に介装された充電リレー回路RY2と、充電装置151に制御用の電力を供給する電源リレー回路RY1を駆動して、充電装置151を介して蓄電装置150を充電制御させ、充電ケーブル300が車両から離脱されている場合に、充電装置151の出力電圧または電流に基づいて充電リレー回路RY2が溶着していると判定する場合は、通常走行モードから退避走行モードへ移行する、または、充電可能モードから充電禁止モードへ移行する制御方法を備える。
上述した実施形態では、いずれも動力分割機構130によりエンジン100の動力を分割して駆動輪160と第一MG110とに伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車について説明したが、本発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。
例えば、第一MG110を駆動するためにのみエンジン100を用い、第二MG120のみで車両の駆動力を発生する、所謂シリーズ型のハイブリッド車や、エンジン100で生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車や、エンジン100を主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車等にも、本発明は適用可能である。
さらに、エンジン100を備えずに電力で走行するモータのみを備えた電気自動車や、燃料電池を搭載した車両であっても、さらに蓄電装置を備えている燃料電池車であっても、プラグイン車両であれば本発明を適用することができる。
上述の実施形態は何れも一具体例であり、各部の具体的な回路構成、制御構成は、本発明の作用効果を奏する範囲で適宜変更設計可能である。
1:プラグインハイブリッド車
150:蓄電装置
151:充電装置
10:システム制御部(PIHV−ECU)
20:充電ECU(CHG−ECU)
180:第一給電系統
181:第二給電系統
182,183,184:制御回路
300:充電ケーブル
331:充電ケーブル接続検知回路
PISW:接続信号(ケーブル接続信号)
IGSW:システムスイッチ(イグニッションスイッチ)
RY1:電源リレー回路(電源リレー)
RY2:充電リレー回路(充電リレー)
RY3:システムメインリレー
150:蓄電装置
151:充電装置
10:システム制御部(PIHV−ECU)
20:充電ECU(CHG−ECU)
180:第一給電系統
181:第二給電系統
182,183,184:制御回路
300:充電ケーブル
331:充電ケーブル接続検知回路
PISW:接続信号(ケーブル接続信号)
IGSW:システムスイッチ(イグニッションスイッチ)
RY1:電源リレー回路(電源リレー)
RY2:充電リレー回路(充電リレー)
RY3:システムメインリレー
Claims (10)
- 蓄電装置を充電する充電制御システムであって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線と、
給電線に介装された充電リレー回路と、
充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号により充電リレー回路を駆動する駆動回路
を備えている充電制御システム。 - 蓄電装置を充電する充電制御システムであって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線と、
給電線に介装された充電リレー回路と、
充電制御用の電力を供給する電源リレー回路の状態を示す信号と、充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号が能動状態である場合に、充電リレー回路を駆動する駆動回路
を備えている充電制御システム。 - 蓄電装置を充電する充電制御システムであって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線と、
給電線に介装された充電リレー回路と、
充電装置に制御用の電力を供給する電源リレー回路を駆動するとともに充電リレー回路を駆動して、充電装置を介して蓄電装置を充電制御する制御部
を備えている充電制御システム。 - 車両前部に設置された充電装置と車両後部に設置された蓄電装置との間に給電線が配線され、充電リレー回路が蓄電装置の近傍に介装されている請求項1から請求項3の何れかに記載の充電制御システム。
- 蓄電装置を充電する制御装置であって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線に介装された充電リレー回路と、充電装置に制御用の電力を供給する電源リレー回路を駆動して、充電装置を介して蓄電装置を充電制御させる制御プログラムを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された制御プログラムに基づいた制御を実行する制御部と、
を備えている制御装置。 - 前記制御部は、充電リレー回路の状態及び蓄電装置の負荷への接続状態に基づいて、請求項1から請求項4の何れかに記載された充電制御システムの複数の故障状態を検知し、故障状態に応じたフェールセーフ処理を行なうものであり、該制御部と検知された故障情報を記憶する記憶部とを備えている請求項5に記載の制御装置。
- 前記制御部が行なうフェールセーフ処理は、充電ケーブルが車両から離脱されている場合に、充電装置の出力電圧または電流に基づいて充電リレー回路が溶着していると判定する場合は、通常走行モードから退避走行モードへ移行するまたは充電可能モードから充電禁止モードへ移行する請求項6に記載の制御装置。
- 前記制御部が行なうフェールセーフ処理は、充電ケーブルが車両から離脱されている場合で、充電装置の出力電圧または電流に基づいて充電リレー回路が溶着していると判定する場合、蓄電装置に備わる電圧センサの出力値または電流センサの出力値に基づいて漏電していると判定する場合は、通常走行モードから走行禁止モードに移行する請求項5から7の何れかに記載の制御装置。
- 蓄電装置を充電する充電制御方法であって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線に充電リレー回路を介装し、充電ケーブルが車両に接続されたことを検知する充電ケーブル接続検知回路から出力される接続信号により充電リレー回路を駆動する充電制御方法。 - 蓄電装置を充電する制御方法であって、
車両に着脱可能な充電ケーブルを介して車両の外部電源に接続される充電装置と蓄電装置とを接続する給電線に介装された充電リレー回路と、充電装置に制御用の電力を供給する電源リレー回路を駆動して、充電装置を介して蓄電装置を充電制御させ、
充電ケーブルが車両から離脱されている場合に、充電装置の出力電圧または電流に基づいて充電リレー回路が溶着していると判定する場合は、通常走行モードから退避走行モードへ移行する、または、充電可能モードから充電禁止モードへ移行する制御方法。
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- 2008-12-17 JP JP2008321448A patent/JP2010148213A/ja not_active Withdrawn
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