JP2011091878A - プラグイン充電車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】交流の給電線の異常を適切に検知できるプラグイン充電車両の制御装置を提供する。
【解決手段】記憶部113と、ケーブル300を介して供給される交流電力を充電器40により直流電力に変換してバッテリ150へ充電制御する充電処理と、ケーブルが車両へ接続されていない場合に、直流の給電線に備えた電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理と、ケーブルが車両へ接続されている場合に、充電処理の開始前または充電処理の終了後の所定時期に、ケーブルから交流電力を出力させるとともに、電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理と、を実行する。
【選択図】図3

Description

本発明は、プラグイン充電車両の制御装置及び制御方法に関する。
車両の電子化が進み、車両に搭載されたエンジン等の複数の機器を制御するために数多くの制御装置が組み込まれている。これらの制御装置には、CPUを備えたマイクロコンピュータが組み込まれ、機器を制御するための電磁バルブやモータ等の様々なアクチュエータを駆動するための信号線や、機器の状態を検知するための様々なセンサからの信号線がマイクロコンピュータの入出力ポートに接続されている。
車両には、バッテリから制御装置、アクチュエータ、或いはセンサに電力を供給する給電線や、制御装置とアクチュエータまたはセンサを接続する複数の信号線が束ねられた複数のワイヤーハーネスが実装されている。
ワイヤーハーネスとして束ねられた給電線や信号線、或いはワイヤーハーネスから分岐した給電線や信号線は、それぞれ絶縁被覆されているが、車両に各種のアクセサリをビスで固定する際に、ビスによりワイヤーハーネスが傷つけられて絶縁被覆が損傷すると、給電線や信号線が接触する短絡等の異常が生じる虞がある。
さらに、接触事故等により絶縁被覆が剥離され、絶縁被覆が経年劣化して絶縁被覆が剥離されるような場合にも、同様に、給電線や信号線が接触する短絡等の異常が生じる虞がある。
このような場合、制御装置により車両を適正に制御することが困難になる虞がある。また、バッテリの出力電圧が異常に上昇し或いは低下すると、制御装置が破損し或いは正常に動作せず、同様に車両を適正に制御することが困難になる虞がある。
そこで、従来、一部の制御装置では、給電線等の電圧が所定の電圧範囲にあるか否かを監視し、当該電圧範囲を逸脱すると異常と判定して、発生した異常個所を表示パネルに報知する等の異常検出処理が実行されている。
近年注目されている電気自動車やエンジンと電動モータを備えたハイブリッド自動車も同様である。これらの車両には、駆動用の電動モータに大電流を供給する高圧のバッテリが搭載され、制御装置では、従来の低圧のバッテリに加えて高圧のバッテリからの給電線の異常検出処理も実行されている。
特許文献1には、電気自動車に搭載されている各部の機能診断を実施する機能診断手段と、前記機能診断手段による実施結果を表示する表示手段と、を有し、前記表示手段は、前記機能診断手段により実施されたダイアグ結果のうちバッテリの充電機能のダイアグ結果を、前記充電機能以外のダイアグ実施結果と区別して表示する専用の表示系を有することを特徴とする電気自動車、つまり、各種の異常を検知する診断機能を備えたハイブリッド自動車が提案されている。
また、特許文献2には、このような高圧のバッテリを外部の商用電源から直接充電するプラグイン充電車両が提案されている。
特開2008−289307号公報 特開2009−071900号公報
プラグイン充電車両では、充電ケーブルを介して外部電源から交流電力を引き込むための交流の給電線が設けられているため、事故によって交流の給電線に直流の給電線や信号線或いは車体が接触する虞がある。
また、充電処理で異常な大電流が供給され、或いは経年変化により、絶縁被覆が劣化すると、給電線や信号線と短絡するような事故が生じる虞もある。
そのような場合に備えて、給電線等の異常発生箇所のみならず、異常からの復旧のために異常の原因をも特定する必要性に迫られている。例えば、短絡事故であっても、直流の給電線の短絡なのか、交流の給電線の短絡事故なのかを識別する必要性がある。
本発明の目的は、交流の給電線の異常を適切に検知できるプラグイン充電車両の制御装置、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、本発明によるプラグイン充電車両の制御装置の特徴構成は、車両外部の交流電源と車両を繋ぐケーブルを介して車両に搭載されたバッテリを充電するプラグイン充電車両の制御装置であって、制御に関する情報を記憶する記憶部と、前記ケーブルを介して前記交流電源から供給される交流電力を、充電器により直流電力に変換して前記バッテリへ充電制御する充電処理と、車両の負荷に直流電力を供給する給電線に備えた電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理と、ケーブル接続検知部から入力される信号に基づいて、前記ケーブルが車両へ接続されたことを判定する場合であって、前記充電処理の開始前の所定時期または前記充電処理の終了後の所定時期に、前記ケーブルから交流電力を出力させるとともに、前記電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理と、前記第一または第二異常判定処理で異常と判定する場合に、異常結果を前記記憶部に記憶する記憶処理と、を実行する制御部と、を備えている点にある。
上述の構成によれば、電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理が実行され、車両の交流電圧が印加され、充電処理の開始前の所定時期または充電処理の終了後の所定時期に、電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理が実行されるので、制御部の処理負荷の増大を来たすことなく、適切に給電線に対する交流短絡異常を検知することができ、効率的な修理、メンテナンスが可能になる情報を獲得できるようになる。
以上説明した通り、本発明によれば、交流の給電線の異常を適切に検知できるプラグイン充電車両の制御装置を提供することができるようになった。
本発明によるプラグイン充電車両の全体構成図 動力分割機構を介して接続されるモータジェネレータとエンジンの回転数の関係を示す説明図 バッテリと各制御装置の回路図 充電ケーブルと制御部の信号接続を示す回路図 制御部により実行される充電制御を示すタイミングチャート 電圧検知部の説明図 第一異常判定処理を示すフローチャート (a)は直流電圧の入力波形図、(b)は交流電圧の入力波形図 第二異常判定処理を示すフローチャート
以下、本発明によるプラグイン充電車両の一例であるハイブリッド電気自動車について説明する。
図1に示すように、ハイブリッド電気自動車1は、動力源として、燃料タンクに充填されたガソリン等で駆動されるエンジン100と、主に発電機として機能する第1モータジェネレータ(以下、モータジェネレータを「MG」と記す。)110と、主に電動機として機能する第2MG120を備えている。
さらに、第1MG110及び第2MG120と駆動回路を介して接続されるニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池等の高圧バッテリ150を備えている。
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。
第1MG110による発電電力により第2MG120が駆動され、或いは高圧バッテリ150が充電される。高圧バッテリ150に充電された電力は必要に応じて第2MG120に供給されて車両の走行に消費される。
エンジン100または第2MG120の少なくとも一方からの駆動力によって車両が走行可能なように、エンジン100と第1MG110及び第2MG120が動力分割機構130に連結されている。
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、プラネタリキャリアと、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プラネタリ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構140に連結され、減速機構140を介して車軸160に駆動力が伝達される。尚、図1中、符号170で示される部位は、車軸160に固定された車輪170を示している。
図2に示すように、遊星歯車機構は、サンギヤ、リングギヤ、及びプラネタリキャリアのうちの何れか二つについて回転数が決定されると、残り一つの回転数は一定に定まり、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2(a)の停車時から車両が発進するときには、図2(b)に示すように、エンジン100が停止された状態で、第二MG120が駆動される。軽負荷での走行時も、同様にエンジン100が停止された状態で、第二MG120が駆動される。エンジン効率のよい運転領域で定常走行する場合には、主にエンジン100の出力で走行し、動力分割機構を介して駆動される第1MG110による発電電力で第2MG120が駆動され、エンジン出力がアシストされる。
図2(c)に示すように、エンジン100の始動時には、スタータとして機能する第1MG110が駆動され、エンジン100の始動後は第1MG110による発電電力で高圧バッテリ150が充電される。図2(d)に示すように、定常走行から加速する場合には、エンジン100の回転数を上昇させると同時に、第1MG110による発電電力により第二MG120を駆動し、発電電力が不十分な場合には、高圧バッテリ150から第二MG120に電力が供給される。
図3に示すように、高圧バッテリ150に接続された給電線7に、降圧用のDC/DCコンバータ21を介して補機バッテリ20が充電可能に接続されている。
補機バッテリ20には、三系統の給電線6(6a,6b,6c)が接続され、給電線6aには、給電リレーRY1を介してナビゲーションシステムを制御するナビECU13、運転席前部のパネルに各種の情報を表示するメータECU14等が接続され、給電線6bには、給電リレーRY2を介してエンジン100を制御するENG−ECU11、第1MG110及び第2MG120を制御するMG−ECU12等が接続され、給電線6cには、ハイブリッド電気自動車の制御システムを統括するPIHV−ECU10、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等が接続されている。尚、ECUとは、電子制御装置(Electric Control Unit)の略記である。
各ECUには、CPU、CPUで実行される制御プログラムが格納されたROM、ワーキングエリアとして使用されるRAMを備えた単一または複数のマイクロコンピュータと、入出力インタフェース回路等の周辺回路、必要に応じて重要な制御データを格納するためのEEPROM等の不揮発性メモリ、または補機バッテリ20から常時給電されるSRAMなどのバックアップ用メモリが設けられている。尚、前記ROMに、フラッシュROM(登録商標)等の不揮発性メモリが採用される場合もある。
各ECUには、補機バッテリ20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レギュレータが設けられ、DCレギュレータの出力電圧がマイクロコンピュータ等の制御回路に供給され、CPUにより制御プログラムが実行されることにより、ECU毎に所期の機能が実現される。
各ECUは、バス型ネットワークであるCAN(Controller Area Network)やBEAN(Body Electronics Area Network)等の通信ラインを介して接続され、ECU間で各種の制御情報が授受される。尚、CAN通信ラインにはパワートレーン系のECUが接続され、BEAN通信ラインには電装系のECUが接続され、双方の交信のためにゲートウェイECUが設けられている。
車両前部には、商用電源に接続された充電ケーブル300のコネクタ330を接続するインレット270が設けられ、インレット270から充電器40に交流給電線8が接続されている。
高圧バッテリ150からの給電線7には、システムメインリレーSMRを介して高圧負荷である昇降圧コンバータ200が設けられ、昇降圧コンバータ200に並列に接続された第1インバータ210、第2インバータ220を介して第1MG110及び第2MG120のU相,V相,W相の各コイルが接続されている。昇降圧コンバータ200及びインバータ210,220により駆動回路が構成されている。
ENG−ECU11は、CAN通信ラインを介してPIHV−ECU10からエンジン制御指令を受信すると、エンジン制御指令に基づいて、目標回転数と目標トルクを満たすようにエンジン100を駆動制御する。
MG−ECU12は、CAN通信ラインを介してPIHV−ECU10からのモータ制御指令を受信すると、モータ制御指令に基づいて、動力分割機構130を介してエンジン100により駆動される第1MG110からの発電電力を、第1インバータ210を介して取り出して、第2インバータ220を介して第2MGに供給し、或いは、第1インバータ210を介して取り出した電力を昇降圧コンバータ200を介して所定の充電電圧に降圧して高圧バッテリ150を充電する。
また、モータ単独走行時には、MG−ECU12は、PIHV−ECU10からのモータ制御指令に基づいて、高圧バッテリ150の出力電圧を昇降圧コンバータ200により昇圧するとともに第2インバータ220を制御して、第2MG120を所定のトルクで駆動する。
図4に示すように、PIHV−ECU10に組み込まれたマイクロコンピュータ10aは、給電線6cを介して補機バッテリ20から常時給電され、電源スイッチのオフ時には待機状態に移行している。待機状態とは、CPUの動作が停止した省電力状態をいい、CPUがストップ命令やホールト命令を実行することにより待機状態に移行する。
待機状態で電源スイッチがオンされると、マイクロコンピュータ10aは、待機状態から通常の動作状態に移行して、給電リレーRY1をオンし、ナビECU13等のアクセサリ機器が動作可能なACC状態に移行する。
ACC状態に移行後にブレーキペダルが操作された状態で、再度電源スイッチがオンされると、マイクロコンピュータ10aは、給電リレーRY2をオンし、車両の走行が可能なReady−ON状態に移行する。ACC状態またはReady−ON状態で電源スイッチがオンされると、マイクロコンピュータ10aは、システムメインリレーSMRをオフするとともに、給電リレーRU1,RY2をオフして待機状態に移行する。
Ready−ON状態に移行すると、マイクロコンピュータ10aは、システムメインリレーSMRをオンして高圧負荷である昇降圧コンバータ200に給電し、その後待機状態に到るまで、所定インタバルで高圧バッテリ150の充電または放電電流、電圧、温度を監視し、それらの値を変数とする所定の演算式に基づいて、高圧バッテリ150のSOC(State of Charge)を算出して、その値をRAM113(図4参照)に記憶するSOC検知処理を実行する。
SOCとは、バッテリの定格容量Ahに対して、充電されている電気量Ahを比率で表した数値であり、バッテリの定格容量とは、規定の温度、放電電流及び放電終止電圧で完全充電状態から取り出せる電気量Ahの基準値である。
そして、マイクロコンピュータ10aは、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込み量等に基づいて算出した運転者の要求出力と、高圧バッテリ150のSOCに基づいて得られる充電要求値と、そのときの車両速度、変速レバーの操作位置等から、車両に必要とされる全出力を算出し、エンジン動力が必要な場合にENG−ECU11にエンジン制御指令を出力し、モータ動力が必要な場合にMG−ECU12にモータ制御指令を出力する走行制御処理を実行する。
つまり、マイクロコンピュータ10aは、運転者の要求出力に対応して、高圧バッテリ150のSOCが所定の範囲に維持されるように、ENG−ECU11及びMG−ECU12に制御指令を出力する。
さらに、マイクロコンピュータ10aは、待機状態で、車両外部の交流電源と車両を繋ぐケーブルである充電ケーブル300のコネクタ330が装着されると、待機状態から動作状態に移行して、充電ケーブル300を介して交流電源から供給される交流電力を、充電器40により直流電力に変換して高圧バッテリ150へ充電制御する充電処理を実行する。
マイクロコンピュータ10aは、充電ケーブル300に備えたCCID(Charging Circuit Interrupting Device)360から出力されるパイロット信号の電圧レベルを可変制御して、充電ケーブル300から交流電力を出力させるとともに、システムメインリレーSMRをオンする。
そして、RAM113から読み出したSOCが目標SOCになるように、必要な充電量を算出して、充電器40に充電指令を出力する。マイクロコンピュータ10aは、充電中もSOC検知処理を実行し、算出したSOCが目標SOCになると、充電を終了する。充電器40には、交流電圧を直流の充電電圧に変換するAC/DC変換回路と、マイクロコンピュータ10aから受信した充電指令に基づいてAC/DC変換回路を制御する制御回路を備えている。
以下、図5に示すタイムチャートに基づいて、プラグインの充電制御について詳述する。
図4に示すように、車両外部に設置された商用電源から高圧バッテリ150を充電するために、充電ケーブル300が用いられる。
充電ケーブル300には、信号生成部30と給電用のリレー31等が組み込まれたCCID360を備えている。
信号生成部30は、マイクロコンピュータ及び入出力回路を備えて構成され、外部電源から車両に給電可能な定格電流を示すパルス信号であるコントロールパイロット信号CPLT(以下、「パイロット信号」と記す。)を生成して、PIHV−ECU10に出力する。パイロット信号は、初期にV1(DC12V)の直流電圧を示す。
車両に備えたインレット270に充電ケーブル300のコネクタ330が装着されると、PIHV−ECU10にパイロット信号CPLT及びケーブル接続信号PISWが入力される。ケーブル接続信号PISWは、コネクタ330に組み込まれたスイッチ回路からの信号で、PIHV−ECU10が、インレット270にコネクタ330が装着されたことを検知するための信号である。スイッチ回路、つまりコネクタ330に組み込まれた抵抗R2とスイッチSW5の直列回路がケーブル接続検知部となる。
待機状態にあるマイクロコンピュータ10aの割込みポートINT1にパイロット信号CPLTの立ち上がり信号が入力されると、待機状態から動作状態に復帰して、プラグイン充電が可能な状態になる。
マイクロコンピュータ10aは、ポートIP3に入力される電圧V1のパイロット信号を検知すると、パイロット信号の信号線とアースとの間に抵抗R7,R8とトランジスタスイッチSW1,SW2がそれぞれ直列接続された二つの降圧回路の一方を制御して、パイロット信号の電圧レベルをV1からV2(+9V)に降圧する。
CCID360は、パイロット信号がV1からV2に低下したことを検出すると、所定周波数(例えば1KHz)のパルス状のパイロット信号を出力する。当該パイロット信号の信号レベルは±V1であるが、上限レベルは降圧回路によりV2に降圧されている。
パイロット信号のデューティ比は、充電ケーブル300の電流容量を示し、充電ケーブル300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30Aの場合には50%に設定されている。
マイクロコンピュータ10aは、パイロット信号のデューティ比を検知して、充電ケーブル300の充電容量を認識すると、さらに他方の降圧回路を制御してパイロット信号の電圧レベルをV2からV3(+6V)に降圧して、システムメインリレーSMR2をオンする。
CCID360は、パイロット信号の信号レベルがV2からV3に低下したことを検知すると、給電用のリレー31を閉じて車両側に交流電力を供給する。
マイクロコンピュータ10aは、充電ケーブル300の電流容量に基づいて高圧バッテリ150のSOCを目標SOCまで充電するための電流値を設定し、充電器40に充電指令を出力する。
充電指令を受けた充電器40は、リレー41をオンして、AC/DC変換器から所定の充電電力が出力されるように制御し、高圧バッテリ150に充電電力を供給する。
マイクロコンピュータ10aは、高圧バッテリ150の充電電流と電圧と温度をモニタして、それらのモニタ値に基づいて高圧バッテリ150のSOCを算出し、目標SOCまで充電すると高圧バッテリ150への充電を終了する。
マイクロコンピュータ10aは、充電器40に充電終了指令を出力するとともに、システムメインリレーSMRをオフし、降圧回路を介してパイロット信号の電圧レベルをV3からV2に復帰させる。充電器40は、充電終了指令を受信するとリレー41をオフし、AC/DC変換器の出力を停止する。
信号生成部30は、パイロット信号がV3からV2に上昇したことを検出すると、リレー31を開放して車両側への交流電力の供給を停止する。
マイクロコンピュータ10aは、降圧回路を介してパイロット信号の電圧レベルを当初のV1に復帰させる。信号生成部30は、パイロット信号の電圧レベルがV1に復帰すると、発振を停止してパイロット信号の電圧レベルを直流電圧V1に維持して待機する。
マイクロコンピュータ10aは、上述した給電系統の処理、SOC検知処理、走行制御処理、充電処理等に加えて、システムの給電系統が正常であるか否か等の各種の異常を検知する異常判定処理(自己診断処理ともいう)を実行するように構成されている。以下、複数の給電系統に対する異常判定処理について説明する。
マイクロコンピュータ10aは、ケーブル接続信号PISWに基づいて、充電ケーブル300が車両へ接続されていないと判定すると、電源スイッチの操作時、または、電源スイッチの操作後の所定時間間隔で、車両の負荷に直流電力を供給する給電線に備えた電圧検知部から入力される電圧値を第一モニタ周期でモニタし、その結果に基づいて給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理を実行する。
尚、ケーブル接続信号PISWがオンし、充電ケーブル300が車両へ接続されていると判定する場合であっても、充電ケーブル300から交流電力が供給されていない場合には、第一異常判定処理が行なわれる場合もある。
さらに、マイクロコンピュータ10aは、ケーブル接続信号PISWに基づいて、充電ケーブル300が車両へ接続されていると判定すると、充電処理の開始前の所定時期または充電処理の終了後の所定時期に、充電ケーブル300から交流電力を出力させるとともに、電圧検知部から入力される電圧値を第一モニタ周期より短い第二モニタ周期でモニタし、その結果に基づいて給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理を実行する。
マイクロコンピュータ10aは、第一異常判定処理または第二異常判定処理で異常と判定する場合に、異常結果をRAM113に記憶する記憶処理を実行する。
車両の負荷に直流電力を供給する給電線には複数の電圧検知部が設けられている。例えば、補機バッテリ20に接続された給電線6には、補機バッテリ20の出力電圧を検知する電圧検知部Vaが設けられ、高圧バッテリ150に接続された給電線7には、高圧バッテリ150の出力電圧を検知する電圧検知部Vbが設けられ、昇降圧コンバータ200とインバータ210,220の間にも昇降圧コンバータ200の出力電圧を検知する電圧検知部Vcが設けられている。
例えば、図4及び図6に示すように、各電圧検知部Va,Vb,Vcは、給電線と接地間に接続された高抵抗値の抵抗分圧回路Ra,Rbで構成することができ、分圧抵抗による分圧VRbがモニタ電圧として、マイクロコンピュータ10aのAD変換ポートIAD1,IAD2,IAD3に入力されている。尚、図6は電圧検知部Vaが示されているが、当該回路は例示であり、電圧検知部の構成がこのような回路に限定されるものではない。
ROM112には、上述したSOC検知処理、走行制御処理、充電処理等の様々な制御を実行するための複数のタスクで構成される制御プログラムが記憶され、マイクロコンピュータ10aは、内部タイマによるタイマ割込み処理や外部信号入力による割込み処理で必要な制御プログラムを実行するように構成されている。
マイクロコンピュータ10aは、例えば1msec.のタイマ割込み処理で、高圧バッテリ150の充電または放電電流、電圧、温度を入力し、その値に基づいてSOCを演算導出してRAM113に記憶するSOC検知処理を実行する。
例えば、マイクロコンピュータ10aは、走行制御処理で必要となる車両速度を得るために、速度パルス信号のエッジで発生する外部割込み処理で、速度パルス信号の周期を求めて速度を算出する。
タイマ割込みの度に全ての処理を実行すると、必要な処理が遅延する虞があるため、高速応答が必要な処理と、高速応答が要求されない処理を区分し、高速応答が必要な処理は例えばタイマ割込みの度に実行し、高速応答が要求されない処理は例えば複数回に一回のインタバルで実行することで、プログラムの負荷を分散させて制御のリアルタイム性を確保している。
上述した第一異常判定処理は、高速応答が要求されない処理に属し、例えば、32msec.のインタバルで実行されるように、第一モニタ周期を32msec.に設定している。さらに、負荷分散のために、電圧検知部Va,Vb,Vc毎に異なるタイマ割込みの周期で実行されるように構成されている。
マイクロコンピュータ10aは、第一モニタ周期で電圧検知部Va,Vb,Vcから出力される電圧信号をアナログ/デジタル変換して、その値、つまりモニタ電圧が予め設定された許容範囲に収まっているか、逸脱しているかに基づいて、異常判定を実行する。
許容範囲は、電圧検知部Va,Vb,Vc毎に設定された上限電圧閾値VThi、下限電圧閾値VTloとして、予めROM112に記憶されている。
例えば、補機バッテリ20の出力電圧は、給電線6に接続された負荷や各ECUが正常に動作する範囲として、上限電圧閾値VThiがDC14V、下限電圧閾値VTloがDC8Vに対応する値に設定されている。モニタ電圧が上限電圧閾値VThiより高い値であれば、補機バッテリ20の異常、または給電線が高圧バッテリ150の給電線と短絡していると判定でき、モニタ電圧が下限電圧閾値VTloより低い値であれば、補機バッテリ20の異常、または給電線が接地電位にある車体と短絡していると判定できる。
例えば、高圧バッテリ150の出力電圧は、上限電圧閾値VThiがDC300V、下限電圧閾値VTloがDC200Vに対応する値に設定されている。
例えば、昇降圧コンバータ200の出力電圧は、上限電圧閾値VThiがDC650V、下限電圧閾値VTloがDC200Vに対応する値に設定されている。モニタ電圧が上限電圧閾値VThi及び下限電圧閾値VTloの範囲から逸脱していると、昇降圧コンバータ200が故障している等と判定できる。
尚、上述した上限電圧閾値VThi及び下限電圧閾値VTloの具体的な数値は例示に過ぎず、この値に制限されるものではない。
図7に示すように、マイクロコンピュータ10aは、電圧検知部からモニタ電圧を入力し(SA1)、モニタ電圧が上限電圧閾値VThi及び下限電圧閾値VTloに対応する電圧範囲から逸脱していると(SA2)、仮異常と判定して異常カウンタを1加算し(SA3)、モニタ電圧が上限電圧閾値VThi及び下限電圧閾値VTloに対応する電圧範囲に入っていると(SA2)、仮正常と判定して異常カウンタをリセットし(SA4)、さらに回数判定カウンタを1加算する(SA5)。
マイクロコンピュータ10aは、回数判定カウンタの値が所定値に達していないと判断すると、処理を終了して次のモニタ周期を待つ(SA6)。回数判定カウンタの値が所定値に達していると判断すると(SA6)、回数判定カウンタをリセットして(SA7)、異常カウンタの値をチェックし、異常カウンタの値が予め設定されている異常判定閾値以上であれば(AS8)、給電線またはバッテリに異常が発生していると確定判定して、予め設定された異常コードをRAM113に記憶し(SA9)、さらに異常カウンタをリセットして処理を終了する(SA11)。
異常カウンタの値が予め設定されている異常判定閾値未満であれば(AS8)、給電線またはバッテリが正常であると確定判定して、正常コードをRAM113に記憶し(SA10)、さらに異常カウンタをリセットして処理を終了する(SA11)。
尚、異常カウンタは、モニタ電圧が上限電圧閾値VThiを逸脱している場合と、下限電圧閾値VTloを逸脱している場合のそれぞれに対応して設けられ、異常コードもそれぞれに対応して設定されている。
所定値が10に設定されていると、少なくとも32msec.インタバルで10回モニタ電圧がチェックされる。また、異常判定閾値が8に設定されていると、少なくとも8回連続して仮異常と判定された場合に、異常であると確定判定される。このような冗長判定アルゴリズムを採用するのは、モニタ電圧に瞬時的なノイズが重畳した場合の誤判定を避けるためである。尚、所定値及び異常判定閾値の値は例示に過ぎず、システムに応じて適宜設定される値である。
マイクロコンピュータ10aは、上述した第一異常判定処理を、ケーブル接続検知部から入力される信号に基づいて、充電ケーブル300が車両へ接続されていないと判定する場合に実行する。具体的には、電源スイッチが操作されて、給電リレーRY1またはRY2をオンする前後や、電源スイッチの操作後の所定時間間隔、例えば1時間間隔で実行する。
給電リレーRY1をオンする前に第一異常判定処理を実行することにより、給電線6cの異常を判定でき、給電線6cが正常である場合に、給電リレーRY1をオンして給電リレーRY2をオンする前に第一異常判定処理を実行することにより、給電線6aの異常を判定でき、給電線6aが正常である場合に、給電リレーRY1,RY2をオンした後に第一異常判定処理を実行することにより、給電線6bの異常を判定できる。
上述の第一異常判定処理により、モニタ電圧が上限電圧閾値VThiに対応する電圧を超えた時間が、連続して32msec.×8回=256msec.に達すると異常であると確定判定される。
第一異常判定処理によりRAM113に異常コードが記憶されると、マイクロコンピュータ10aからメータECU14に異常コードが送信され、インスツルメントパネルに異常表示され、車両の走行が禁止される。RAM113に記憶された異常コードは、適切な時期、例えば、マイクロコンピュータ10aが待機状態に移行する直前等に、別途設けられた不揮発性メモリ、またはROM112がフラッシュROMであれば、ROM112に記憶される。
車両が修理工場に搬入されると、専用のツールで不揮発性メモリまたはROM112に格納された異常コードが読み出され、異常コードに基づいて異常の原因箇所が特定され、適切なメンテナンスが行なわれる。
プラグイン充電車両では、充電ケーブル300が車両に接続され、インレット270に交流電圧が印加されると、交流給電線8から充電器40に交流電流が流れるが、仮に交流給電線8と直流の給電線6,7の間に短絡等の異常が発生する場合には、そのような異常をも特定する必要が生じる。
図8(a)に示すように、第一異常判定処理では、第一モニタ周期T1(=32msec.)で電圧検知部Va,Vb,Vcのモニタ電圧が検知され、例えば、電圧検知部Vbのモニタ電圧が上限電圧閾値VThiを超えた状態が8回連続すると異常と判定される。
しかし、例えば、高圧の給電線7と交流の給電線8が短絡すると、電圧検知部Vbのモニタ電圧が交流の周期で変動し、上限電圧閾値VThiまたは下限電圧閾値VTloを周期的に逸脱するため、第一モニタ周期T1で検知すると、図8(b)に黒丸で示すように、常に適正であると誤検知する虞がある。
つまり、第一モニタ周期T1が交流電圧の波形の特定の位相と同期するような場合には、常に適正であると誤判定され、常に上限電圧閾値VThiを超えていると誤判定され、または常に下限電圧閾値VTloを下回っていると誤判定されるため、直流の給電線に交流電圧が印加されていることが検知できないのである。
同様に、第一モニタ周期T1で検知したモニタ電圧が、不定期に上限電圧閾値VThi及び下限電圧閾値VTloの範囲内に収まり、不定期に上限電圧閾値VThiまたは下限電圧閾値VTloから逸脱する場合も発生する。
そこで、第二異常判定処理では、第一モニタ周期T1より短い第二モニタ周期T2で電圧検知部から入力される電圧値をモニタし、その結果に基づいて給電線の異常の有無を判定するように構成されている。
第二モニタ周期T2は、ナイキストのサンプリング定理に基づいて、T2≦1/2fに設定することが好ましい。モニタ電圧に重畳される交流周波数の信号を適正にサンプリングできるからである。尚、fは交流電圧の周波数である。
商用電源の場合、交流電圧の周波数が60Hzであれば、T2≦1/2f=8.3msec.、交流電圧の周波数が50Hzであれば、T2≦1/2f=10msec.となるので、第二モニタ周期T2を8msec.程度に設定することが好ましいが、それより短周期に設定してもよい。図8(b)に示す白丸は、第二モニタ周期T2を8msec.に設定したときにマイクロコンピュータ8aに取り込まれるモニタ電圧を示す。
充電処理の開始前の所定時期または充電処理の終了後の所定時期であれば、上述した走行制御処理等の高速応答が要求される処理を実行する必要がないため、マイクロコンピュータ10aのCPUが過負荷になる虞は極めて低く、第二モニタ周期T2で第二異常判定処理を実行しても、制御のリアルタイム性を十分に確保できる。
図9に示すように、マイクロコンピュータ10aは、待機状態で、充電ケーブル300のコネクタ330がインレット270に装着され、CCID360から出力されるパイロット信号の立ち上がりエッジを検知すると、待機状態から動作状態に移行して、パイロット信号の信号レベルを低下させて、充電ケーブル300から交流電力を出力させる(SB1)。
マイクロコンピュータ10aは、システムメインリレーSMRをオンすることなく、電圧検知部からのモニタ電圧を検知し(SB2)、その値をRAM113に記憶し、回数判定カウンタの値を1加算する(SB3)。
回数判定カウンタの値が予め設定された所定値、例えば50に達しているか否かを判断し、回数判定カウンタの値が50に達していなければ(SB4)、処理を終了して次のモニタ周期を待つ。回数判定カウンタの値が所定値に達していると(SB4)、回数判定カウンタをリセットして(SB5)、RAM113に記憶された50回のモニタ電圧を高速フーリエ変換して、モニタ電圧の周波数を算出する(SB6)。
マイクロコンピュータ10aは、モニタ電圧の周波数が交流電源の周波数に近い値であれば、直流の給電線と交流の給電線8が短絡していると判断して(SB7)、予め設定された異常コードをRAM113に記憶し(SB8)、処理を終了する。モニタ電圧の周波数がほぼ0であれば、直流の給電線と交流の給電線8が短絡していないと判断して(SB7)、正常コードをRAM113に記憶し(SB9)、処理を終了する。尚、終了処理では、パイロット信号の信号レベルを復帰させて、充電ケーブル300から交流電力の出力を停止させる(SB10)。
上述の例では、8msec.×50回=400msec.で一回の異常判定処理が終了する。第二異常判定処理によりRAM113に異常コードが記憶されると、マイクロコンピュータ10aからメータECU14に異常コードが送信され、インスツルメントパネルに異常表示され、外部電源からの充電処理が禁止される。RAM113に記憶された異常コードは、適切な時期、例えば、マイクロコンピュータ10aが待機状態に移行する直前等に、別途設けられた不揮発性メモリ、またはROM112がフラッシュROMであれば、ROM112に記憶される。
車両が修理工場に搬入されると、専用のツールで不揮発性メモリまたはROM112に格納された異常コードが読み出され、異常コードに基づいて異常の原因箇所が特定され、適切なメンテナンスが行なわれる。
尚、ステップSB8で直流の給電線と交流の給電線8が短絡していると最初に判断した場合に、仮異常と判定して、ステップSB2からステップSB7の処理を複数回繰り返し、何れの場合も直流の給電線と交流の給電線8が短絡していると判定した場合に、異常の確定判定を行ない、異常コードをRAM113に記憶するように構成してもよい。
また、ステップSB7で交流の周波数を算出するために高速フーリエ変換を行なう例を説明したが、交流の周波数を算出するための演算は、高速フーリエ変換に限るものではなく、例えば、商用電源周波数が既知であれば、1/2fまたはその分周周期でモニタ電圧をサンプリングし、ある値のモニタ電圧が得られた時点と、次に同一のモニタ電圧が得られた時点との時間差を複数回計時して平均値を求めることにより、モニタ電圧の周期を算出するように構成してもよい。
第二異常判定処理も、第一異常判定処理と同様に、各電圧検知部Va,Vb,Vcからのモニタ電圧がチェックされ、どの給電線に異常が発生しているのかが判定される。
マイクロコンピュータ10aは、高圧バッテリ150が未充電である場合に、第二異常判定処理で交流の給電線との短絡が無く正常と判定すると、その後、第一異常判定処理を実行し、全ての給電線で異常が発見されない場合に、システムメインリレーSMRをオンして充電処理を実行する。
また、マイクロコンピュータ10aは、高圧バッテリ150が既に充電完了している場合には、第二異常判定処理で正常と判定すると、その後、第一異常判定処理を実行し、全ての給電線で異常が発見されない場合に、待機状態に移行する。
図9で説明した第二異常判定処理は、充電ケーブル300のコネクタ330がインレット270に装着され、充電処理を開始する前に実行される場合の例であるが、マイクロコンピュータ10aは、充電処理が終了した後、ケーブル接続信号PISWに基づいて、充電ケーブル300が車両から離脱されたと判定する迄の間に、第二異常判定処理を間歇的に実行するように構成されている。
マイクロコンピュータ10aには、待機状態で作動するタイマ回路が組み込まれている。マイクロコンピュータ10aは、待機状態に移行する前にタイマ回路に備えたタイマレジスタを設定してタイマ回路を起動する。例えば、1時間のタイマ値がタイマレジスタに設定され、待機状態の間にタイマ回路により1時間が計時されると、CPUにタイマ割込みが発生する。
充電ケーブル300が車両に接続されている間、マイクロコンピュータ10aには、直流電圧V1(例えば、+12V)のパイロット信号、及びオン状態のケーブル接続信号PISWが入力されている。
マイクロコンピュータ10aは、当該タイマ割込みで待機状態から動作状態に復帰すると、パイロット信号の信号レベルを低下させて、充電ケーブル300から交流電力を出力させ、図9で説明したステップSB2以降の処理を実行し、正常判定すると、さらに第一異常判定処理を実行し、その後タイマ回路をリスタートさせて待機状態に移行するのである。
尚、内部タイマ回路を備えていない場合には、間歇的にマイクロコンピュータ10aを待機状態から動作状態に復帰させるために、RTC(Real Time Clock)等の外部タイマ回路を設けて、所定時間が経過するとマイクロコンピュータ10aのウェイクアップ用の外部割込みポートにトリガ信号を出力するように構成してもよい。
マイクロコンピュータ10aが、充電ケーブル300から供給される電力により高圧バッテリ150を充電する時刻を設定する予約充電処理を実行する機能を備えている場合には、予め設定された充電開始時刻迄の間に、第二異常判定処理を間歇的に実行するように構成してもよい。この場合にも、上述のタイマ回路が利用できる。
予約充電処理とは、ナビECU11により制御される表示装置、またはメータECU14により制御されるインスツルメントパネルに備えた充電予約操作部を介して、予め充電開始時刻または充電終了時刻を設定し、当該充電時刻になるとPIHV−ECU10により充電を開始する処理である。
電源スイッチがオンされた状態で運転者により設定された充電時刻が、CANを介してマイクロコンピュータ10aに送信されると、マイクロコンピュータ10aは、タイマ回路に備えたタイマレジスタに充電時刻までの時間を設定して待機状態に移行する。充電時刻になると、マイクロコンピュータ10aは、待機状態から動作状態に復帰して充電処理を開始する。
尚、マイクロコンピュータ10aには、予約充電処理のためのタイマ回路と間歇的に第二異常判定処理を実行するためのタイマ回路の二系統のタイマ回路を備えているが、単一のタイマ回路であっても兼用することができる。予約時刻に達するまでは、第二異常判定処理を実行するためのタイマ値に設定し、第二異常判定処理等が終了した後に、予約時刻までの残り時間が1時間未満となれば、予約時刻までの時間をタイマ値に設定すればよい。
つまり、マイクロコンピュータ10aは、充電処理の開始前または充電処理の終了後に省電力状態に移行するように構成されるとともに、タイマ回路で構成される起動回路により省電力状態から動作状態に復帰して、第二異常判定処理を実行するのである。
上述した実施形態では、起動回路がタイマ回路で構成される例を説明したが、起動回路が車両に備えたセンサから入力される信号に基づいて、マイクロコンピュータ10aを省電力状態から動作状態に復帰させる信号処理回路で構成されていてもよい。
ハイブリッド電気自動車1には、補機バッテリ20から常時給電される防盗ECUや、車両に加えられる外部からの衝撃を検出する衝撃センサを備えている。
防盗ECUは、例えば、車両の窓ガラスが割られたことを検知する音響センサや、車体の振動を検知する振動センサや、車体の傾きを検知する傾斜センサを備え、駐車中に異常な音響や振動或いは傾斜を検知すると、アラームを鳴動させるように構成されている。
また、衝撃センサにより車体に大きな外力が加えられたことが検知されると、PIHV−ECU10に信号を出力するように構成されている。PIHV−ECU10は、当該信号を入力すると、高圧の電源系統をオフする等、二次災害を回避するための安全機構を作動させるように構成されている。
そこで、防盗ECUや衝撃センサを上述の信号処理回路として、信号処理回路により検知された異常状態を示す信号により、マイクロコンピュータ10aが待機状態から動作状態に復帰するように構成するのである。
例えば、衝撃センサからの出力をマイクロコンピュータ10aのウェイクアップ用の割込みポートに入力するように構成すればよく、防盗ECUに接続されたBEAN通信線からゲートウェイECUを介してCAN通信によりマイクロコンピュータ10aに通信割込みをかけてウェイクアップさせるように構成すればよい。
車両に何らかの事故が発生すると、それに伴なって給電線に異常が発生している可能性がある。そこで、このような信号処理回路から異常状態を示す信号が出力されると、マイクロコンピュータ10aにより第二異常判定処理等が実行されるのである。
上述した実施形態では、PIHV−ECU10に単一のマイクロコンピュータ10aが実装された例を説明したが、複数のマイクロコンピュータが実装されていてもよい。
例えば、第1マイクロコンピュータと第2マイクロコンピュータを通信線で接続するとともに、第1マイクロコンピュータを常時給電可能な給電線6cに接続し、第2マイクロコンピュータを給電リレーRY1を介して給電線6aに接続する。
第1マイクロコンピュータにパイロット信号や上述した各種の起動回路を備えて、待機状態と動作状態に切替可能に構成し、第1マイクロコンピュータを、電源スイッチの操作信号等により給電リレーRY1,RY2を制御し、パイロット信号に基づいて充電処理を起動する電源制御部として機能させ、第2マイクロコンピュータを、SOC検知処理、走行制御処理、充電処理、第一及び第二異常判定処理等を実行するシステム制御部として機能させるように構成してもよい。この場合、第1マイクロコンピュータに安価で消費電力が少ないマイクロコンピュータを選択することにより、電源スイッチオフ時の消費電力を一層低減させることができる。
この場合、第1マイクロコンピュータは、待機状態から動作状態に復帰すると給電リレーRY1をオンして第2マイクロコンピュータを起動し、電源スイッチが投入された状態か、充電ケーブル300が接続された状態かを通信線を介して第2マイクロコンピュータに通知し、第2マイクロコンピュータが当該通知に基づいて、走行制御処理を実行するのか、充電処理を実行するのか、異常判定処理を実行するのか等を判断して対応する処理を実行するように構成すればよい。
上述した実施形態では、PIHV−ECU10との間で交流電力の供給、遮断を制御可能なCCID360を備えた充電ケーブル300が使用される場合を説明したが、CCID360を備えず、常時交流電力が供給される充電ケーブル300が車両に接続される場合であっても、充電処理や第二異常判定処理を実行することが可能である。
例えば、充電ケーブル300のプラグ320が外部の交流電源に接続され、コンセント330がインレット270に挿入されると、交流電源からの電力が車両に供給されるので、充電器40が、交流電力を検知してPIHV−ECU10に通知することにより、PIHV−ECU10が充電ケーブル300の車両への装着を検知できる。
その後、PIHV−ECU10がシステムメインリレーSMRをオンして、充電器に充電開始信号を送信することにより充電処理を開始することができる。PIHV−ECU10は、高圧バッテリ150のSOCが目標SOCになると充電器40に充電の終了を示す充電終了信号を出力してシステムメインリレーSMRをオフするのである。
PIHV−ECU10は、システムメインリレーSMRをオンする前に、上述の第二異常判定処理を実行すればよい。
上述した実施形態では、第二異常判定処理で、高圧または低圧の直流の給電線に備えた電圧検知部Va,Vb,Vcで検知されたモニタ電圧に基づいて、各給電線の異常判定を実行する例を説明したが、車両に実装された各種のセンサからの信号をモニタ電圧として、第二異常判定処理を実行してもよい。各種のセンサへの給電線の異常または信号線に交流電圧が重畳する異常が検知できる。
上述した実施形態では、電圧検知部Va,Vb,Vcで検知されたモニタ電圧がマイクロコンピュータ10aのAD変換ポートに入力される例を説明したが、モニタ電圧を上限電圧閾値VThiまたは下限電圧閾値VTloで二値化する比較器を介して、デジタル信号の入力ポートに入力するように構成してもよい。
この場合にも、第二異常判定処理で、交流電圧の周期を計測することができる。
以上説明した通り、PIHV−ECU10により本発明の制御装置が実現され、マイクロコンピュータ10aにより本発明の制御部が実現されている。
本発明は、車輪の駆動をモータで行ない、エンジンはモータへの電力供給のための発電機を駆動するために用いられるシリーズハイブリッドシステムを採用したプラグインハイブリッド自動車や、エンジンとモータの双方で車輪を直接駆動するパラレルハイブリッドシステムを採用したプラグインハイブリッド自動車に搭載された高圧バッテリを外部電源で充電するプラグインハイブリッド自動車や、エンジンを備えず走行用のモータのみを備えた電気自動車に搭載された高圧バッテリを外部電源で充電する電気自動車にも適用可能である。
以上説明した実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の作用効果を奏する範囲において各ブロックの具体的構成等は適宜変更設計できることはいうまでもない。
1:プラグイン充電車両
6a,6b,6d:給電線
10:制御装置(PIHV−ECU)
20:バッテリ(補機バッテリ)
40:充電器
113:記憶部(RAM)
150:バッテリ(高圧バッテリ)
300:充電ケーブル
151:システムメインリレー(SMR)
RY1,RY2:給電リレー
Va,Vb,Vc:電圧検知部

Claims (6)

  1. 車両外部の交流電源と車両を繋ぐケーブルを介して車両に搭載されたバッテリを充電するプラグイン充電車両の制御装置であって、
    制御に関する情報を記憶する記憶部と、
    前記ケーブルを介して前記交流電源から供給される交流電力を、充電器により直流電力に変換して前記バッテリへ充電制御する充電処理と、
    車両の負荷に直流電力を供給する給電線に備えた電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理と、
    ケーブル接続検知部から入力される信号に基づいて、前記ケーブルが車両へ接続されたことを判定する場合であって、前記充電処理の開始前の所定時期または前記充電処理の終了後の所定時期に、前記ケーブルから交流電力を出力させるとともに、前記電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理と、
    前記第一または第二異常判定処理で異常と判定する場合に、異常結果を前記記憶部に記憶する記憶処理と、
    を実行する制御部と、
    を備えているプラグイン充電車両の制御装置。
  2. 前記第二異常判定処理による電圧値のモニタ周期が前記第一異常判定処理による電圧値のモニタ周期よりも短い周期に設定されている請求項1記載のプラグイン充電車両の制御装置。
  3. 前記第一異常判定処理は、ケーブル接続検知部から入力される信号に基づいて、前記ケーブルが車両へ接続されていないと判定する場合に実行される請求項1または2記載のプラグイン充電車両の制御装置。
  4. 前記制御部は、前記充電処理の開始前または前記充電処理の終了後に省電力状態に移行するように構成されるとともに、前記制御部に備えた起動回路により省電力状態から動作状態に復帰して、前記第二異常判定処理を実行するように構成されている請求項1から3の何れかに記載のプラグイン充電車両の制御装置。
  5. 前記制御部は、前記第二異常判定処理で正常と判定すると、前記第一異常判定処理を実行する請求項1、2、4の何れかに記載のプラグイン充電車両の制御装置。
  6. 車両外部の交流電源と車両を繋ぐケーブルを介して車両に搭載されたバッテリを充電する制御部によるプラグイン充電車両の制御方法であって、
    前記ケーブルを介して前記交流電源から供給される交流電力を、充電器により直流電力に変換して前記バッテリへ充電制御する充電処理と、
    車両の負荷に直流電力を供給する給電線に備えた電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第一異常判定処理と、
    ケーブル接続検知部から入力される信号に基づいて、前記ケーブルが車両へ接続されたことを判定する場合であって、前記充電処理の開始前の所定時期または前記充電処理の終了後の所定時期に、前記ケーブルから交流電力を出力させるとともに、前記電圧検知部から入力される電圧値に基づいて、前記給電線の異常の有無を判定する第二異常判定処理と、
    前記第一または第二異常判定処理で異常と判定する場合に、異常結果を記憶部に記憶する記憶処理と、
    を実行するプラグイン充電車両の制御方法。
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