JP2020114079A

JP2020114079A - 車両用充電制御装置

Info

Publication number: JP2020114079A
Application number: JP2019002161A
Authority: JP
Inventors: 康裕田岡; Yasuhiro Taoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-09
Filing date: 2019-01-09
Publication date: 2020-07-27
Anticipated expiration: 2039-01-09
Also published as: JP7110993B2

Abstract

【課題】簡素なリレー制御でバッテリーの充電に適さない電流がバッテリーに供給されることを抑制できる車両用充電制御装置を得る。【解決手段】本車両用充電制御装置１０では、電流供給部２２から監視部３８及びリレー１８を介してバッテリー１２へ流れる直流電流の状態がバッテリー１２の充電に不適切の場合には、マイコン１６によってリレー１８が開放され、バッテリー１２への直流電流の供給が防止される。この構成では、リレー１８の開閉制御で、バッテリー１２の充電に不適切の直流電流のバッテリー１２への供給を防止できるため、マイコン１６によるリレー制御を簡素化できる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたバッテリーを充電するための車両用充電制御装置に関する。

下記特許文献１には、補助バッテリーが所謂「バッテリー上がり」の状態になった場合に外部電源が接続されるジャンプスタート用電源接続端子を備える構成が開示されている。外部電源がジャンプスタート用電源接続端子に接続されることによって、外部電源がジャンクションボックス内の配線を介して低電圧負荷に電気的に接続される。これによって、高電圧バッテリーが低電圧直流変換機及びジャンクションボックスを介して補助バッテリーへ電気的に接続され、補助バッテリーが充電される。

ところで、この下記特許文献１に開示された構成は、補助バッテリーとジャンクションボックスとの間のリレー、ジャンプスタート用電源接続端子とジャンクションボックスとの間のリレー、高電圧バッテリーと低電圧直流変換機との間のリレーを備えている。これらのリレーの開閉は、制御部によって制御されており、これによって、例えば、過電流が補助バッテリーに流れることによる補助バッテリーの故障の発生等を防止している。このように複数のリレーを制御する構成とすることで、制御部による制御が複雑になる。

特開２０１７−１０４０００号公報

本発明は、上記事実を考慮して、簡素なリレー制御でバッテリーの充電に適さない電流がバッテリーに供給されることを抑制できる車両用充電制御装置を得ることが目的である。

請求項１に記載の車両用充電制御装置は、車両に搭載されたバッテリーと、前記車両に搭載され、前記バッテリー又は他の電源からの電力によって直接又は間接的に作動可能とされ、前記バッテリーとの導通状態で作動されることによって前記バッテリーへ電流を供給して前記バッテリーの充電が可能な電流供給部と、前記バッテリーと前記電流供給部との間に設けられ、閉塞状態では前記バッテリーと前記電流供給部とを導通させ、開放状態では前記バッテリーと前記電流供給部との導通を遮断するリレーと、前記リレーを挟んで前記バッテリーとは反対側に設けられ、前記バッテリーとは異なる外部電源の接続が可能とされ、前記外部電源の接続状態では、前記電流供給部が前記外部電源の電力によって直接又は間接的に作動可能になる外部電源接続端子と、前記電流供給部から前記リレーへ流れる電流の状態を監視し、当該電流の状態に応じた監視信号を出力する監視部と、前記監視部から出力された監視信号に基づいて前記監視部から前記リレーを通って前記バッテリーへ供給される前記電流の状態が前記バッテリーの充電に適した状態の場合は、前記リレーを閉塞状態にし、前記電流の状態が前記バッテリーの充電に適さない状態の場合は、前記リレーを開放状態にする制御部と、を備えている。

請求項１に記載の車両用充電制御装置では、リレーの閉塞状態では、車両に搭載されたバッテリーがリレー及び監視部を介して電流供給部へ電気的に接続される。電流供給部がバッテリーからの電力によって電流供給部が直接又は間接的に作動されると、電流供給部からの電流が監視部及びリレーを介してバッテリーへ流れる。これによって、バッテリーが充電される。

一方、バッテリーが充分に充電されていない所謂「バッテリー上がり」の状態では、外部電源が外部電源接続端子に接続される。この状態では、電流供給部が外部電源の電力によって作動可能な状態にされる。したがって、電流供給部が外部電源の電力によって作動され、更に、この状態でリレーが閉塞されることによって電流供給部からの電流が監視部及びリレーを介してバッテリーへ流れ、バッテリーが充電される。

ここで、電流供給部が外部電源の電力によって作動された状態で、電流供給部から監視部へ流れる電流の状態がバッテリーの充電に適切ではなく、この状態での監視信号が監視部から出力されると、制御部がこの監視信号に基づきリレーを開放させる。これによって、バッテリーの充電に適切ではない電流がバッテリーに流れることを抑制できる。

また、監視部での電流の状態の監視結果に基づいて本発明を構成するリレーの開閉を制御するだけでよいため、例えば、複数のリレーの開閉を制御する構成に比べてリレーの制御を簡素化できる。

以上、説明したように、請求項１に記載の車両用充電制御装置では、簡素なリレー制御でバッテリーの充電に適さない電流がバッテリーに供給されることを抑制できる。

本発明の一実施の形態に係る車両用充電制御装置を概略的に示すブロック図で、（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る車両用充電制御装置を電気自動車に適用した場合を示し、（Ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る車両用充電制御装置をエンジン車に適用した場合を示す。

次に、本発明の一実施の形態を図１に基づいて説明する。なお、図１の（Ａ）は、電力によって駆動するモータが車両の駆動装置の少なくとも１つとして適用された「電気自動車（内燃機関を併用するハイブリッド車を含む）」に本実施の形態が適用された構成を示す。これに対して、図１の（Ｂ）は、車両の駆動装置がガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関のみとされた所謂「エンジン車」に本実施の形態が適用された構成を示す。

＜本実施の形態の構成＞
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、本実施の形態に係る車両用充電制御装置１０が適用された車両は、バッテリー１２を備えている。電気自動車やハイブリッド車では、このバッテリー１２は、補機バッテリーと称されることがあり、後述するメインバッテリー２４とは区別される。バッテリー１２のマイナス端子は、車両のパワーユニットルームを構成する車体の金属部分へ電気的に接続されてアースされている。

バッテリー１２のプラス端子は、制御装置としてのバッテリーＥＣＵ１４の制御部としてのマイコン１６へ電気的に接続されている。マイコン１６は、バッテリー１２から供給された電力によって作動される。また、バッテリー１２のプラス端子は、バッテリーＥＣＵ１４のリレー１８の一方の端子へ電気的に接続されている。リレー１８は、マイコン１６へ電気的に接続されており、マイコン１６から出力された開閉信号Ｓ１がリレー１８に入力される。マイコン１６から所定のレベルの開閉信号Ｓ１が出力されると、リレー１８の両端子の間が閉塞される（両端子間が導通される）
リレー１８の他方の端子は、照合用ＥＣＵ２０へ電気的に接続されている。リレー１８の両端子間の閉塞状態では、バッテリー１２からの電力が照合用ＥＣＵ２０へ供給され、これによって、照合用ＥＣＵ２０が作動される。

また、リレー１８の他方の端子は、電流供給部としての直流電流供給部２２側へ電気的に接続されている。図１（Ａ）に示されるように、車両が電気自動車の場合には、直流電流供給部２２は、メインバッテリー２４を備えている。メインバッテリー２４は、バッテリー１２よりも電圧が高く設定されている。メインバッテリー２４のプラス端子は、パワーコントロールユニットを介して車両の駆動用のモータ（何れも図示省略）へ電気的に接続されており、メインバッテリー２４からの直流電流は、パワーコントロールユニットにおいて交流電流に変換されてモータへ供給される。モータは、供給された交流電流によって駆動され、モータにおいて発生した駆動力によって車両の駆動輪が回転する。

また、メインバッテリー２４のプラス端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６の一方の端子へ電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２６は、メインバッテリー２４からの直流電流の電圧をバッテリー１２の電圧と同等の電圧に降圧する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２６には、照合用ＥＣＵ２０が電気的に接続されており、照合用ＥＣＵ２０から出力された起動信号Ｓ２が照合用ＥＣＵ２０のＤＣ−ＤＣコンバータ２６に入力される。照合用ＥＣＵ２０が作動され、これによって、照合用ＥＣＵ２０から所定のレベルの起動信号Ｓ２が出力されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が作動される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２６の他方の端子は、リレー１８の他方の端子と照合用ＥＣＵ２０との間に電気的に接続されている。リレー１８の閉塞状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６によって降圧された直流電流がバッテリー１２へ供給され、これによって、バッテリー１２が充電される。

これに対して、図１（Ｂ）に示されるように、車両がエンジン車の場合には、直流電流供給部２２は、エンジンスタータ２８を備えている。エンジンスタータ２８は、リレー１８の他方の端子と照合用ＥＣＵ２０との間に電気的に接続されている。リレー１８の閉塞状態では、バッテリー１２の直流電流がエンジンスタータ２８に供給される。

また、エンジンスタータ２８は、照合用ＥＣＵ２０に電気的に接続されており、照合用ＥＣＵ２０から出力された起動信号Ｓ２がエンジンスタータ２８に入力される。照合用ＥＣＵ２０から出力された所定のレベルの起動信号Ｓ２がエンジンスタータ２８に入力されると、エンジンスタータ２８のセルモータ（図示省略）が駆動される。エンジンスタータ２８のセルモータは、内燃機関の一態様であるエンジン３０に機械的に接続されており、セルモータの駆動力によってエンジン３０が駆動され、エンジン３０の駆動力によって車両の駆動輪が回転される。

また、エンジン３０は、発電装置としてのオルタネータ３２に機械的に接続されており、エンジン３０の駆動力がオルタネータ３２に伝わると、オルタネータ３２が作動される。オルタネータ３２ではエンジン３０の駆動力によって交流電流が発電される。オルタネータ３２は、整流器（図示省略）を備えており、オルタネータ３２にて発電された交流電流は、整流器によって直流電流に変換される。オルタネータ３２は、リレー１８の他方の端子と照合用ＥＣＵ２０との間に電気的に接続されている。リレー１８の閉塞状態では、オルタネータ３２から出力された直流電流がバッテリー１２へ供給され、これによって、バッテリー１２が充電される。

なお、本実施の形態では、オルタネータ３２とは別にエンジンスタータ２８がセルモータを備え、セルモータの駆動力によってエンジン３０を駆動させる構成であった。しかしながら、例えば、バッテリー１２から出力された直流電流をオルタネータ３２で交流電流に変換し、この交流電流でオルタネータ３２を駆動させ、オルタネータ３２から出力された駆動力によってエンジン３０を駆動させる構成であってもよい。

一方、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の双方に示されるように、リレー１８の他方の端子と照合用ＥＣＵ２０との間には、外部電源接続端子３４が電気的に接続されている。外部電源接続端子３４は、車両に搭載されたバッテリー１２及びメインバッテリー２４とは別の直流の外部電源３６（一例としては、他の車両に搭載されたバッテリー）を機械的且つ電気的に接続可能とされている。外部電源３６が外部電源接続端子３４へ電気的に接続された状態では、リレー１８の開放状態（リレー１８の両端子間の導通が遮断された状態）であっても、照合用ＥＣＵ２０、エンジンスタータ２８等へ直流電流を供給できる。

さらに、バッテリーＥＣＵ１４は、監視部３８を備えている。監視部３８の一方の端子は、リレー１８の他方の端子に接続されており、監視部３８の他方の端子は、照合用ＥＣＵ２０へ電気的に接続されていると共に、監視部３８の他方の端子は、照合用ＥＣＵ２０へ電気的に接続されている。また、図１（Ａ）に示されるように、車両が電気自動車の場合には、監視部３８の他方の端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６へ電気的に接続されている。リレー１８の閉塞状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６によって降圧された直流電流が監視部３８を通ってバッテリー１２に供給される。

これに対して、図１（Ｂ）に示されるように、車両がエンジン車の場合には、監視部３８の他方の端子は、エンジンスタータ２８へ電気的に接続されていると共に、オルタネータへ電気的に接続されている。リレー１８の閉塞状態で照合用ＥＣＵ２０から出力された起動信号Ｓ２がエンジンスタータ２８に入力されると、バッテリー１２から出力された直流電流がエンジンスタータ２８に供給される。これによって、エンジンスタータ２８が作動され、エンジンスタータ２８のセルモータが駆動される。また、エンジン３０の駆動力によってオルタネータ３２が作動され、これによって、オルタネータ３２によって発電された直流電流は、監視部３８を通ってバッテリー１２に供給される。

監視部３８では、リレー１８とは反対側（すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２）から流れる直流電流の電流値、電圧値等の直流電流の状態を検出している。また、監視部３８は、バッテリーＥＣＵ１４のマイコン１６へ電気的に接続されており、リレー１８とは反対側から監視部３８に流れる直流電流の状態に応じた監視信号Ｓ３が監視部３８から出力される。監視部３８から出力された監視信号Ｓ３は、マイコン１６に入力される。所定のレベルの監視信号Ｓ３がマイコン１６に入力されると、マイコン１６は、所定のレベルの開閉信号Ｓ１を出力してリレー１８を開放させる。

さらに、マイコン１６は、モニタ制御装置（図示省略）へ電気的に接続されている。モニタ制御装置は、車両の室内に設置されたモニタ（図示省略）へ電気的に接続されており、モニタ制御装置は、モニタに映し出す映像（画像）等を制御する。マイコン１６から出力された所定のレベルのモニタ制御信号がモニタ制御装置に入力されると、監視部３８を流れる直流電流の状態等に応じたメッセージがモニタに表示される。

＜本実施の形態の作用、効果＞
本実施の形態では、通常は、リレー１８が閉塞されており、バッテリー１２から出力される直流電流は、照合用ＥＣＵ２０に供給される。この状態で、照合用ＥＣＵ２０から所定のレベルの起動信号Ｓ２が出力されると、車両が電気自動車の場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６が作動され、メインバッテリー２４からＤＣ−ＤＣコンバータ２６に流れた直流電流が降圧されてバッテリーＥＣＵ１４の監視部３８へ流れる。

これに対して、車両がエンジン車の場合には、リレー１８の閉塞状態で照合用ＥＣＵ２０から出力された起動信号Ｓ２は、エンジンスタータ２８に入力される。所定のレベルの起動信号Ｓ２がエンジンスタータ２８に入力されると、エンジンスタータ２８のセルモータが駆動され、これによって、エンジン３０が駆動される。エンジン３０の駆動力がオルタネータ３２に伝わることでオルタネータ３２が作動されると、交流電流がオルタネータ３２によって発電される。オルタネータ３２によって発電された交流電流は、オルタネータ３２の整流器によって直流電流に変換されてバッテリーＥＣＵ１４の監視部３８へ流れる。

以上のようにしてＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２から監視部３８を流れた直流電流は、バッテリー１２へ供給されて、これによってバッテリー１２が充電される。

また、バッテリー１２の充電量が所定値に到達すると、マイコン１６によってリレー１８が開放される。これによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２からバッテリー１２への直流電流の供給が停止され、バッテリー１２の過充電を防止できる。さらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はエンジン３０が停止されると、リレー１８がマイコン１６によって閉塞される。

一方、例えば、バッテリー１２の自然放電やバッテリー１２の経年劣化等によってバッテリー１２の充電量が充分でない場合（所謂、バッテリー上がりの場合又はバッテリー上がりの直前の場合）には、バッテリーＥＣＵ１４のマイコン１６から出力される開閉信号Ｓ１によってリレー１８が開放される（リレー１８の両端子間の導通が遮断される）。これによって、照合用ＥＣＵ２０や、エンジンスタータ２８、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６等へのバッテリー１２の直流電流の供給が遮断される。

したがって、この状態では、バッテリー１２の電力消費を大きく抑制でき、例えば、バッテリー１２の過放電を抑制できる。但し、この状態では、照合用ＥＣＵ２０から所定のレベルの起動信号Ｓ２を出力することができず、エンジンスタータ２８やＤＣ−ＤＣコンバータ２６を作動させることができない。

この状態で、外部電源３６が外部電源接続端子３４に接続されると、外部電源３６からの直流電流が照合用ＥＣＵ２０、エンジンスタータ２８、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６等へ供給される。したがって、この状態で、照合用ＥＣＵ２０から所定のレベルの起動信号Ｓ２が出力されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はエンジンスタータ２８が作動される。

次いで、このように外部電源３６の直流電流によってＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はエンジンスタータ２８が作動され、これによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２からバッテリーＥＣＵ１４へ直流電流が流れる。このようにしてバッテリーＥＣＵ１４へ流れた直流電流は、バッテリーＥＣＵ１４の監視部３８を流れる。監視部３８では、直流電流の電流値や電圧値等の直流電流の状態が検出される。

例えば、監視部３８では、直流電流の状態（例えば、直流電流の電流値や電圧値等）が所定の範囲以内であれば、監視部３８から出力された監視信号Ｓ３によってマイコン１６では、バッテリー１２への充電が可能な状態と判定される。この状態では、マイコン１６から出力された開閉信号Ｓ１によってリレー１８が閉塞され、直流電流が監視部３８及びリレー１８を流れてバッテリー１２に供給される。これによって、バッテリー１２を充電できる。

これに対して、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２からバッテリーＥＣＵ１４へ流れた直流電流の電流値、電圧値等の直流電流の状態が、所定の範囲よりも大きい又は所定の範囲よりも小さい場合には、監視部３８から出力された監視信号Ｓ３によってマイコン１６では、バッテリー１２への充電が不可能な状態と判定される。この状態では、マイコン１６から出力された開閉信号Ｓ１によってリレー１８の開放状態が維持される。

電流値、電圧値等の直流電流の状態が、所定の範囲よりも大きい又は所定の範囲よりも小さい直流電流がバッテリー１２に供給されると、バッテリー１２が故障したり、又は、バッテリー１２の充電ができなかったりする。したがって、このような状態では、リレー１８の開放状態が維持され、所定の範囲外の直流電流のバッテリー１２への供給が遮断されることによってバッテリー１２の故障の発生等を防止できる。

また、この状態では、マイコン１６からのモニタ制御信号が入力されたモニタ制御装置によって「バッテリーへの充電不可」、「外部電源を外してください」等の外部電源３６を外部電源接続端子３４から外すことを促すメッセージが車両室内のモニタに表示される。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２からの直流電流の状態が所定範囲内、すなわち、バッテリー１２の充電に適した状態であっても、外部電源３６の影響によって所定の範囲外になる可能性がある。したがって、上記のようなメッセージがモニタに表示され、このメッセージを車両の乗員等が視認することによって、外部電源３６が乗員等によって外部電源接続端子３４から外される。

このようにして、外部電源３６が外部電源接続端子３４から外されることで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６又はオルタネータ３２からの直流電流に対する外部電源３６の影響がなくなり、これによって、直流電流の状態が所定範囲内になると、マイコン１６は、監視部３８からの監視信号Ｓ３に基づきリレー１８を閉塞させる。さらに、この状態では、マイコン１６からのモニタ制御信号が入力されたモニタ制御装置によって外部電源３６を外部電源接続端子３４から外すことを促すメッセージがモニタから消される。

ここで、本実施の形態では、リレー１８は、バッテリー１２と監視部３８との間に設けられているが、照合用ＥＣＵ２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６、エンジンスタータ２８、オルタネータ３２等と外部電源接続端子３４との間にはリレーが設けられていない。このため、マイコン１６等によるリレー制御は、リレー１８の制御だけでよい。これによって、バッテリー１２を充電するための制御を簡素化できる。

また、本実施の形態では、リレー１８の閉塞状態であれば、バッテリーＥＣＵ１４の監視部３８を通った直流電流は、直流電流の電流値、電圧値等の状態が変わることなくバッテリー１２に供給されてバッテリー１２が充電される。このため、直流電流の供給源（すなわち、図１（Ａ）に示される電気自動車の場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２６、図１（Ｂ）に示されるエンジン車の場合には、オルタネータ３２）の構成に拘わらず監視部３８、ひいては、バッテリーＥＣＵ１４を適用できる。このため、例えば、バッテリーＥＣＵ１４を電気自動車とエンジン車とで異なる構成にしなくてもよい。

１０車両用充電制御装置
１２バッテリー
１６マイコン（制御部）
１８リレー
２２直流電流供給部
３４外部電源接続端子
３６外部電源
３８監視部
Ｓ３監視信号

Claims

車両に搭載されたバッテリーと、
前記車両に搭載され、前記バッテリー又は他の電源からの電力によって直接又は間接的に作動可能とされ、前記バッテリーとの導通状態で作動されることによって前記バッテリーへ電流を供給して前記バッテリーの充電が可能な電流供給部と、
前記バッテリーと前記電流供給部との間に設けられ、閉塞状態では前記バッテリーと前記電流供給部とを導通させ、開放状態では前記バッテリーと前記電流供給部との導通を遮断するリレーと、
前記リレーを挟んで前記バッテリーとは反対側に設けられ、前記バッテリーとは異なる外部電源の接続が可能とされ、前記外部電源の接続状態では、前記電流供給部が前記外部電源の電力によって直接又は間接的に作動可能になる外部電源接続端子と、
前記電流供給部から前記リレーへ流れる電流の状態を監視し、当該電流の状態に応じた監視信号を出力する監視部と、
前記監視部から出力された監視信号に基づいて前記監視部から前記リレーを通って前記バッテリーへ供給される前記電流の状態が前記バッテリーの充電に適した状態の場合は、前記リレーを閉塞状態にし、前記電流の状態が前記バッテリーの充電に適さない状態の場合は、前記リレーを開放状態にする制御部と、
を備える車両用充電制御装置。