JP2018038197A - 自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部充電の充電電流指令を設定する制御装置の異常を検出すると共にバッテリが過大な電力で充電され続けるのを抑制する。【解決手段】外部充電中に、メインECUは、バッテリECUからのバッテリの許容充電電力Winに基づいてバッテリの許容充電電流Iin2を計算し(S110)、充電ECUからのバッテリの充電電流指令Ich*が許容充電電流Iin2にマージンαを加えた値(Iin2+α)よりも大きい状態が所定時間T1に亘って継続したときには(S120,S130)、外部充電異常(充電ECU56の異常)が生じていると判定(確定)し(S140)、外部充電の終了指令を外部電源システムに送信して外部充電を終了させる(S150)。【選択図】図2

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、モータとバッテリとを備え、外部充電装置からの電力を用いてバッテリを充電可能な自動車に関する。
従来、この種の自動車としては、走行用のモータと、モータに電力を供給可能なバッテリと、コネクタからバッテリまでの経路に設けられた電流調整器と、を備え、コネクタが充電器を介して外部電源に接続されて外部電源から充電器を介して供給される電力を用いてバッテリを充電する際に、バッテリの充電電流が上限電流値を超えないように電流調整器を制御するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2012−244888号公報
上述の自動車では、バッテリの充電電流が上限電流値を超えないように充電電流指令を設定する制御装置に異常が生じると、充電電流指令が上限電流値を超え続けて、実際の充電電流が上限電流値を超え続ける即ちバッテリが過大な電力で充電され続ける可能性がある。
本発明の自動車は、外部充電の充電電流指令を設定する制御装置の異常を検出することおよびバッテリが過大な電力で充電され続けるのを抑制することを主目的とする。
本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の自動車は、
走行用のモータと、前記モータに電力を供給可能なバッテリと、を備え、外部充電装置からの電力を用いて前記バッテリを充電する外部充電が可能な自動車であって、
第1制御装置と第2制御装置と第3制御装置とを備え、
前記外部充電中に、
前記第1制御装置は、前記バッテリの許容充電電力を設定して前記第2制御装置および前記第3制御装置に送信し、
前記第2制御装置は、前記第1制御装置からの前記許容充電電力に基づいて前記バッテリの第1許容充電電流を設定し、前記第1許容充電電流の範囲内で前記外部充電の充電電流指令を設定し、前記充電電流指令を前記第3制御装置に送信し、
前記第3制御装置は、前記第2制御装置からの前記充電電流指令を前記外部充電装置に送信し、
更に、前記第3制御装置は、前記第1制御装置からの前記許容充電電力に基づいて前記バッテリの第2許容充電電流を設定し、前記第2制御装置からの前記充電電流指令が前記第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過していることを確認したときには、前記第2制御装置に異常が生じていると判定し、前記外部充電の終了指令を前記外部充電装置に送信する、
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、外部充電中に、第3制御装置は、第1制御装置からの許容充電電力に基づいてバッテリの第2許容充電電流を設定し、第2制御装置からの外部充電の充電電流指令が第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過していることを確認したときには、第2制御装置に異常が生じていると判定し、外部充電の終了指令を外部充電装置に送信する。このようにして、第2制御装置の異常を検出することができると共に、バッテリが過大な電力で充電され続けるのを抑制することができる。
ここで、「充電電流指令が第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過していることの確認」は、充電電流指令が第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過している状態が所定時間に亘って継続したときに行なうことができる。「第2制御装置の異常」としては、例えば、レジスタの固着異常,第1制御装置からの受信異常などを挙げることができる。
こうした本発明の自動車において、前記第1制御装置は、前記許容充電電力および前記バッテリの電圧を前記第2制御装置および前記第3制御装置に送信し、前記第2制御装置は、前記許容充電電電力を前記電圧で除して前記第1許容充電電流を設定し、前記第3制御装置は、前記許容充電電電力を前記電圧で除して前記第2許容充電電流を設定する、ものとしてもよい。このようにして、第2,第3制御装置でそれぞれ第1,第2許容充電電流を設定することができる。
また、本発明の自動車において、前記バッテリは、リチウムイオン二次電池として構成されている、ものとしてもよい。この場合、第3制御装置が、第2制御装置からの外部充電の充電電流指令が第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過していることを確認したときには、外部充電の終了指令を外部充電装置に送信することにより、バッテリが過大な電力で充電され続けたり、リチウムが析出したりするのを抑制することができる。
本発明の一実施例としての電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。 実施例のメインECU60によって実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図である。
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電気自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車20は、図示するように、モータ32と、インバータ34と、バッテリ40と、車両側コネクタ50と、メイン電子制御ユニット(以下、「メインECU」という)60と、を備える。
モータ32は、例えば同期発電電動機として構成されており、駆動輪22a,22bにデファレンシャルギヤ24を介して連結された駆動軸26に接続されている。インバータ34は、モータ32の駆動に用いられ、電力ライン36に接続されている。モータ32は、メインECU60によって、インバータ34の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
バッテリ40は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン42およびシステムメインリレー44を介して電力ライン36に接続されている。システムメインリレー44は、メインECU60からの制御信号により、オンオフする(電力ライン42と電力ライン36との接続および接続の解除を行なう)。
バッテリ40は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)46によって管理されている。バッテリECU46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,通信ポートを備える。バッテリECU46には、バッテリ40を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリECU46に入力される信号としては、例えば、バッテリ40の端子間に取り付けられた電圧センサ40aからの電圧Vb,バッテリ40の出力端子に取り付けられた電流センサ40bからの電流Ibなどを挙げることができる。バッテリECU46は、メインECU60と通信ポートを介して接続されている。バッテリECU46は、電流センサ40bからの電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算したり、演算した蓄電割合SOCと温度センサ40cからの温度Tbとに基づいて許容充電電力Winを演算したりしている。
車両側コネクタ50は、電力ライン52および充電用リレー54を介して電力ライン36に接続されている。この車両側コネクタ50は、自宅や充電ステーションなどの充電ポイントで外部充電装置80の電源側コネクタ86と接続できるように形成されている。充電用リレー54は、充電用電子制御ユニット(以下、「充電ECU」という)56からの制御信号により、オンオフする(電力ライン52と電力ライン36との接続および接続の解除を行なう)。
充電ECU56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,通信ポートを備える。充電ECU56には、車両側コネクタ50に取り付けられて車両側コネクタ50と電源側コネクタ86とが接続されているときにその接続を検出する接続検出センサ50aからの接続検出信号,電力ライン52に取り付けられた電圧センサ52aからの電力ライン52の電圧Vchなどが入力ポートを介して入力されている。充電ECU56からは、充電用リレー54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。充電ECU56は、メインECU60と通信ポートを介して接続されている。また、充電ECU56は、外部充電装置80の電子制御ユニット(以下、「外部電源ECU」という)86と通信可能となっている。
メインECU60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,通信ポートを備える。メインECU60には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。メインECU60に入力される信号としては、例えば、モータ32の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ32aからのモータ32の回転子の回転位置θm,イグニッションスイッチからのイグニッション信号,シフトポジションセンサからのシフトポジションSPなどを挙げることができる。また、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Acc,ブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジションBP,車速センサからの車速Vなども挙げることができる。メインECU60からは、インバータ34の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号,システムメインリレー44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。メインECU60は、バッテリECU46や充電ECU56と通信ポートを介して接続されている。また、メインECU60は、充電ポイントにおける外部充電装置80の外部電源ECU88と通信可能となっている。
ここで、外部充電装置80について説明する。外部充電装置80は、外部電源81と、電流調節部82と、外部電源ECU88と、を備える。外部電源81は、家庭用電源や工業用電源などの交流電源として構成されている。電流調節部82は、外部電源81と電源側コネクタ86とに接続されている。この電流調節部82は、外部電源ECU88によって制御されることにより、外部電源81からの交流電力を直流電力に変換すると共に電流を調節して電気自動車20に供給する。外部電源ECU88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,通信ポートを備える。外部電源ECU88には、電力ライン84に取り付けられた電圧センサ84aからの電力ライン84の電圧Vps,電力ライン84に取り付けられた電流センサ84bからの電力ライン84の電流Ipsなどが入力ポートを介して入力されている。外部電源ECU88からは、電流調節部82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。外部電源ECU88は、電気自動車20の充電ECU56やメインECU60と通信可能となっている。
こうして構成された電気自動車20では、自宅や充電ステーションなどの充電ポイントでシステムオフ(システム停止)して停車しているときに、車両側コネクタ50と外部充電装置80の電源側コネクタ86とが接続されると、外部充電装置80からの直流電力(直流電流)を用いてバッテリ40を充電する外部充電を以下のように行なう。
車両側コネクタ50と電源側コネクタ86とが接続されると、まず、接続検出センサ50aから充電ECU56に接続信号が入力されると共に、外部電源ECU88から充電ECU56にシステム起動信号が送信される。充電ECU56は、接続信号が入力されると共にシステム起動信号を受信すると、充電用リレー54をオンとすると共に接続検出信号に対応する対応信号をメインECU60に送信する。メインECU60は、対応信号を受信すると、システムメインリレー44をオンとする。
その後に、充電ECU56は、バッテリ40の充電準備が完了した旨を示す準備完了信号をメインECU60に送信したりメインECU60を介してバッテリECU46に送信したりすると共に、外部充電装置80からの電力供給の開始を許可する充電許可信号を外部充電装置80の外部電源ECU88に送信する。すると、バッテリECU46は、バッテリ40の許容充電電力Win,電圧Vb,温度Tb,蓄電割合SOCなどのデータを定期的に充電ECU56やメインECU60に送信する。また、外部電源ECU88は、外部充電装置80(電流調節部82)の定格電流Ipsrtなどのデータを定期的に充電ECU56に送信する。
充電ECU56は、バッテリECU46からのバッテリ40の許容充電電力Win,電圧Vb,温度Tb,蓄電割合SOCや外部電源ECU88からの外部充電装置80の定格電流Ipsrtなどのデータを受信すると、バッテリ40の許容充電電力Winを電圧Vbで除してバッテリ40の許容充電電流Iin1を計算し、計算した許容充電電流Iin1の範囲内で外部充電の充電電流指令Ich*を設定し、設定した充電電流指令Ich*をメインECU60に送信する。ここで、外部充電の充電電流指令Ich*は、実施例では、バッテリ40の許容充電電流Iin1,外部充電装置80の定格電流Ipsrt,バッテリ40の蓄電割合SOCおよび温度Tbに基づく電力ライン52の電圧Vchを維持するための電流Icv,電気自動車20の各部品を保護するための上限電流Ilimなどのうちの最小値を設定するものとした。なお、こうして設定される充電電流指令Ich*は、バッテリ40の許容充電電力Winが小さいときには大きいときに比して小さくなる傾向に、詳細には、許容充電電力Winが小さいほど小さくなる傾向に設定されることになる。
メインECU60は、外部充電の充電電流指令Ich*を受信すると、その充電電流指令Ich*を外部電源ECU88に送信する。外部電源ECU88は、充電電流指令Ich*を受信すると、電流調節部82からの電流Ipsが充電電流指令Ich*となるように電流調節部82を制御する。このようにして外部充電装置80からの直流電力(直流電流)を用いてバッテリ40を充電する。そして、バッテリ40の蓄電割合SOCが所定割合Sch(例えば、80%,85%,90%など)に至ると、メインECU60は、外部充電の終了指令を外部電源ECU88に送信する。外部電源ECU88は、外部充電の終了指令を受信すると、電流調節部82を駆動停止する。これにより、外部充電装置80からの電力供給が終了し、バッテリ40の充電が終了する。その後に、メインECU60は、システムメインリレー44をオフとし、充電ECU56は、充電用リレー54をオフとする。
次に、実施例の電気自動車20の動作、特に、外部充電装置80からの電力を用いてバッテリ40を充電する外部充電に関する異常(以下、「外部充電異常」という)が生じているか否かを判定する際の動作について説明する。図2は、実施例のメインECU60によって実行される異常判定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、充電ECU56から準備完了信号を受信したときに実行が開始される。
異常判定ルーチンが実行されると、メインECU60は、まず、バッテリ40の電圧Vb,許容充電電力Win,外部充電の充電電流指令Ich*などのデータを入力する(ステップS100)。ここで、バッテリ40の電圧Vbおよび許容充電電力Winは、バッテリECU46から受信した値を入力するものとした。外部充電の充電電流指令Ich*は、充電ECU56から受信した値を入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、バッテリ40の許容充電電力Winをバッテリ40の電圧Vbで除してバッテリ40の許容充電電流Iin2を計算する(ステップS110)。そして、外部充電の充電電流指令Ich*をバッテリ40の許容充電電流Iin2にマージンαを加えた値(Iin2+α)と比較する(ステップS120)。ここで、マージンαは、車両の仕様に応じて適宜設定することができる。ステップS120の処理は、外部充電異常が生じている可能性があるか否かを判定する処理である。実施例では、外部充電異常としては、充電ECU56の異常、例えば、レジスタの固着異常,バッテリECU52からの受信異常などを考えるものとした。
外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)以下のときには、外部充電異常は生じていないと判断し、ステップS100に戻る。一方、外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)よりも大きいときには、外部充電異常が生じていると判断し、外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)よりも大きい状態が所定時間T1に亘って継続したか否かを判定し(ステップS130)、外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)よりも大きい状態が所定時間T1に亘って継続していないときには、ステップS100に戻る。ここで、所定時間T1は、外部充電異常が生じていると判定(確定)するのに要する時間として定められ、例えば、2秒,3秒,5秒などを用いることができる。
ステップS120,S130で、外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)よりも大きい状態が所定時間T1に亘って継続したときには、外部充電異常(充電ECU56の異常)が生じていると判定(確定)し(ステップS140)、外部充電の終了指令を外部電源ECU88に送信して(ステップS150)、本ルーチンを終了する。外部電源ECU88は、充電終了指令を受信すると、電流調節部82を駆動停止する。これにより、外部充電装置80からの電力供給が終了し、バッテリ40の充電が終了する。このようにして、充電ECU56の異常を検出することができる。また、外部充電の充電電流指令Ich*が値(Iin2+α)を超過し続けるのを抑制することができ、バッテリ40が過大な電力で充電され続けたりバッテリ40がリチウムイオン二次電池の場合にリチウムが析出したりするのを抑制することができる。
以上説明した実施例の電気自動車20では、外部充電中に、メインECU60は、バッテリECU42からのバッテリ40の許容充電電力Winに基づいてバッテリ40の許容充電電流Iin2を計算し、充電ECU56からの外部充電の充電電流指令Ich*が許容充電電流Iin2にマージンαを加えた値(Iin2+α)よりも大きい状態が所定時間T1に亘って継続したときには、外部充電異常(充電ECU56の異常)が生じていると判定(確定)し、外部充電の終了指令を外部電源ECU88に送信して外部充電を終了させる。これにより、充電ECU56の異常を検出することができると共に、バッテリ40が過大な電力で充電され続けたりバッテリ40がリチウムイオン二次電池の場合にリチウムが析出したりするのを抑制することができる。
実施例の電気自動車20では、外部充電装置80からの直流電力(直流電流)を用いてバッテリ40を充電するものとした。しかし、外部充電装置からの交流電力(交流電流)を用いてバッテリ40を充電するものとしてもよい。この場合、外部充電装置からバッテリ40までの経路(電力ライン52、または、電源側コネクタ86と車両側コネクタ50との間)に、交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータを有する充電器を設ける必要がある。
実施例の電気自動車20では、モータ32とインバータ34とバッテリ40とを備え、外部充電装置80からの電力を用いてバッテリ40を充電する外部充電が可能な構成とした。しかし、図3の変形例のハイブリッド自動車120に示すように、モータ32とインバータ34とバッテリ40とに加えて、エンジン122とプラネタリギヤ124とモータ132とインバータ134とを備え、外部充電が可能な構成としてもよい。ここで、プラネタリギヤ124のサンギヤにはモータ132が接続され、キャリヤにはエンジン122が接続され、リングギヤには駆動軸26およびモータ32が接続されている。インバータ34は、モータ132の駆動に用いられ、インバータ34と共に電力ライン36に接続されている。
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、モータ32が「モータ」に相当し、バッテリ40が「バッテリ」に相当し、バッテリECU46が「第1制御装置」に相当し、充電ECU56が「第2制御装置」に相当し、メインECU60が「第3制御装置」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、自動車の製造産業などに利用可能である。
20 電気自動車、22a,22b 駆動輪、24 デファレンシャルギヤ、26 駆動軸、32,132 モータ、32a 回転位置センサ、34,134 インバータ、36,42,52,84 電力ライン、40 バッテリ、40a,52a,84a 電圧センサ、40b,84b 電流センサ、40c 温度センサ、44 システムメインリレー、46 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、50 車両側コネクタ、50a 接続検出センサ、54 充電用リレー、56 充電用電子制御ユニット(充電ECU)、60 メイン電子制御ユニット(メインECU)、80 外部充電装置、81 外部電源、82 電流調節部、86 電源側コネクタ、電子制御ユニット(外部電源ECU)88、120 ハイブリッド自動車、122 エンジン、124 プラネタリギヤ。

Claims (1)

  1. 走行用のモータと、前記モータに電力を供給可能なバッテリと、を備え、外部充電装置からの電力を用いて前記バッテリを充電する外部充電が可能な自動車であって、
    第1制御装置と第2制御装置と第3制御装置とを備え、
    前記外部充電中に、
    前記第1制御装置は、前記バッテリの許容充電電力を設定して前記第2制御装置および前記第3制御装置に送信し、
    前記第2制御装置は、前記第1制御装置からの前記許容充電電力に基づいて前記バッテリの第1許容充電電流を設定し、前記第1許容充電電流の範囲内で前記外部充電の充電電流指令を設定し、前記充電電流指令を前記第3制御装置に送信し、
    前記第3制御装置は、前記第2制御装置からの前記充電電流指令を前記外部充電装置に送信し、
    更に、前記第3制御装置は、前記第1制御装置からの前記許容充電電力に基づいて前記バッテリの第2許容充電電流を設定し、前記第2制御装置からの前記充電電流指令が前記第2許容充電電流にマージンを加えた値を超過していることを確認したときには、前記第2制御装置に異常が生じていると判定し、前記外部充電の終了指令を前記外部充電装置に送信する、
    自動車。
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