JP2021176252A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制する。【解決手段】充電制御装置が、二次電池の充電開始に先立ち、充電装置の出力電圧による蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する禁止手段と、禁止手段を診断する診断手段とを備える。診断手段は、充電リレーにより充電装置から二次電池までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出し、電圧取得手段によって取得される蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断する。【選択図】図６

Description

本開示は、充電システムに関する。

二次電池と並列に蓄電器（たとえば、コンデンサ）を接続し、二次電池の充電前又は放電前に蓄電器をプリチャージする技術が知られている。たとえば、特開２００３−２３０２３０号公報（特許文献１）には、二次電池の放電前に蓄電器をプリチャージする技術が開示されている。

特開２００３−２３０２３０号公報

二次電池の充電前に蓄電器をプリチャージする充電システムは、たとえば、外部充電可能な電動車両に搭載されることがある。電動車両は、二次電池に蓄えられた電力を用いて走行するように構成される車両である。外部充電は、車両外部から供給される電力を用いて、車両に搭載された二次電池の充電を行なうことである。以下、電動車両に搭載された充電システムの一例について説明する。

充電システムは、たとえば、車両走行用の電力を蓄えるバッテリ（二次電池）と、充電電力（すなわち、バッテリを充電するための電力）を出力する充電装置（車載充電器）と、バッテリと充電装置との間に配置された充電リレーと、充電装置を制御する充電制御装置とを備える。充電装置は、車両外部から供給される電力を充電電力に変換する充電回路と、バッテリに並列に接続されたコンデンサとを有する。充電制御装置は、充電装置を制御することにより、バッテリの外部充電を行なう。外部充電の実行中は、充電リレーが接続状態にされる。充電リレーが接続状態になることで、充電装置からバッテリまでの充電経路が接続され、充電装置から出力される充電電力がバッテリに供給されるようになる。

充電制御装置は、バッテリの充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する機能（以下、「ＣＨＥＮ機能」とも称する）を有する。以下、充電制御装置から充電装置へ禁止信号が送信されていない状態を、「ＣＨＥＮ許可状態」とも称する。また、充電制御装置から充電装置へ禁止信号が送信されている状態を、「ＣＨＥＮ禁止状態」とも称する。

充電制御装置がＣＨＥＮ機能を有することで、充電装置に異常が生じたときにバッテリの充電を禁止し、バッテリの過剰な充電を抑制できる。しかしながら、ＣＨＥＮ機能に異常が生じることがある。このため、バッテリの充電を開始する前にＣＨＥＮ機能を診断することが考えられる。

たとえば、プリチャージを実行した後に、ＣＨＥＮ機能の診断を行なうことが考えられる。より具体的には、充電リレーが遮断状態になっているときに、充電システムをＣＨＥＮ許可状態にし、かつ、充電回路によってコンデンサに電圧を印加することにより、コンデンサのプリチャージを実行する。その後、充電リレーを接続状態にするとともに、充電システムをＣＨＥＮ禁止状態にして、充電電流に基づいてＣＨＥＮ機能が正常であるか否かを判断する。充電制御装置のＣＨＥＮ機能が正常であれば、充電システムがＣＨＥＮ禁止状態であるときには、充電装置から電力が出力されなくなり、充電電流は０Ａになる。充電システムがＣＨＥＮ禁止状態であるにもかかわらず充電電流が０Ａよりも大きいときには、充電制御装置のＣＨＥＮ機能に異常が生じていると推定できる。

ＣＨＥＮ機能に異常が生じることにより、充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定されることがある。上記診断方法によれば、こうした異常を充電電流に基づいて検出できる。充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定されるときには、バッテリに充電電流が流れる。充電制御装置は、上記異常が検出されたときに、充電装置を制御することにより、充電電流を止めることができる。しかし、充電電流の遮断が直ちに行なわれるとは限らない。充電装置の状態によっては、充電電流の遮断が遅れるかもしれない。そして、充電電流の遮断が遅れた場合には、バッテリに過剰な充電が行なわれる可能性がある。充電装置に異常が生じている場合には、充電制御装置は、充電リレーを制御することにより、充電電流を止めることもできる。しかし、電流が流れた状態で充電リレーが接続状態から遮断状態に切り替えられると、発熱により充電リレーが溶着することがある。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することである。

本開示に係る充電システムは、二次電池と、二次電池を充電するための充電電力を出力する充電装置と、二次電池と充電装置との間に配置された充電リレーと、充電装置を制御する充電制御装置とを備える。充電装置は、供給される電力を充電電力に変換する充電回路と、二次電池に並列に接続された蓄電器とを有する。充電制御装置は、二次電池の充電開始に先立ち、充電装置の出力電圧による蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止信号を充電装置へ送信する禁止手段と、禁止手段を診断する診断手段とを有する。診断手段は、充電リレーにより充電装置から二次電池までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出し、電圧取得手段によって取得される蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断するように構成される。

充電装置から二次電池までの充電経路が充電リレーにより遮断されているときには、二次電池に充電電力が供給されない。すなわち、二次電池に充電電流は流れない。上記診断手段は、充電リレーにより二次電池の充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージの実行指令を出す。禁止信号によって充電装置の出力が禁止されていれば、実行手段によりプリチャージの実行指令が出されていても、蓄電器に電圧は印加されない。他方、禁止信号によって充電装置の出力が禁止されていない状態で、実行手段によりプリチャージの実行指令が出されると、蓄電器に電圧が印加される。このため、上記診断手段は、蓄電器の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断することができる。

上記充電システムでは、充電リレーにより二次電池の充電経路が遮断されているときに、上記診断手段によって禁止手段の診断が行なわれる。このため、禁止手段を診断するときに、禁止手段に異常が生じていても、二次電池に充電電力が供給されない。上記充電システムによれば、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することが可能になる。

上記診断手段による禁止手段の診断（すなわち、禁止手段が正常であるか否かの判断）は、蓄電器をプリチャージする直前に行なわれてもよい。上記診断により禁止手段が正常であると判断された場合には、禁止手段による禁止信号の送信を止めることで、蓄電器のプリチャージを実行することができる。

上記蓄電器は、コンデンサであってもよい。上記二次電池は、車両が走行するための電力を供給するように構成されてもよい。上記充電システムは電動車両に搭載されてもよい。電動車両には、ＥＶ（電気自動車）、ＨＶ（ハイブリッド車両）、及びＰＨＶ（プラグインハイブリッド車両）のほか、ＦＣ車（燃料電池自動車）、レンジエクステンダーＥＶなども含まれる。

本開示によれば、二次電池の充電中に充電装置に異常が生じたときに充電装置の出力を禁止する禁止手段を備える充電システムにおいて、禁止手段を診断する際に二次電池に過剰な充電が行なわれることを抑制することが可能になる。

本開示の実施の形態に係る充電システムの構成を示す図である。 図１に示した充電回路の構成の一例を示す図である。 図１に示した充電システムが搭載された電動車両の一例を示す図である。 比較例に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。 本開示の実施の形態に係る充電制御装置が充電開始時に実行する処理を示すフローチャートである。 本開示の実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。

本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図中、同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。以下では、電子制御ユニットを、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」とも称する。

図１は、この実施の形態に係る充電システムの構成を示す図である。図１を参照して、この充電システムは、ＡＣ充電器１００と、バッテリ２００と、充電ＥＣＵ３００と、ＡＣ電源５００と、充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇとを備える。充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇは、ＡＣ充電器１００とバッテリ２００との間に配置されている。充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々は、たとえば電磁式のメカニカルリレーである。充電リレーＣＨＲ−Ｂはバッテリ２００の正極の充電ラインＣＨＬ１に配置され、充電リレーＣＨＲ−Ｇはバッテリ２００の負極の充電ラインＣＨＬ２に配置されている。充電リレーＣＨＲ−Ｂ、ＣＨＲ−Ｇは、それぞれ充電ラインＣＨＬ１、ＣＨＬ２の接続／遮断を切り替えるように構成される。充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの少なくとも一方がＯＦＦ状態（遮断状態）になることで、ＡＣ充電器１００からバッテリ２００までの充電経路が遮断される。以下、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの少なくとも一方によりＡＣ充電器１００からバッテリ２００までの充電経路が遮断されている状態を、「充電経路遮断状態」とも称する。充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々は、充電ＥＣＵ３００によって制御される。また、充電ＥＣＵ３００は、ＡＣ充電器１００を制御するように構成される。この実施の形態に係るＡＣ充電器１００、充電ＥＣＵ３００は、それぞれ本開示に係る「充電装置」、「充電制御装置」の一例に相当する。

ＡＣ電源５００は、ＡＣ充電器１００に交流電力を供給する交流電源である。ＡＣ充電器１００は、バッテリ２００の充電電力（すなわち、バッテリ２００を充電するための電力）を出力するように構成される。ＡＣ充電器１００は、充電回路１１０と、コンデンサ１３０と、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０と、電流センサ１５１と、電圧センサ１５２とを含む。充電回路１１０は、ＡＣ電源５００から供給される交流電力を直流電力（充電電力）に変換するように構成される。充電回路１１０は、電力変換回路１１１と絶縁トランス１１２と整流回路１１３とを含む。絶縁トランス１１２は、１次コイル１１２ａ及び２次コイル１１２ｂを含む。コンデンサ１３０は、バッテリ２００と並列に接続されている。コンデンサ１３０は、充電ラインＣＨＬ１と充電ラインＣＨＬ２との間に接続されている。この実施の形態に係るコンデンサ１３０は、本開示に係る「蓄電器」の一例に相当する。

図２は、充電回路１１０の構成の一例を示す図である。なお、図２においては、各種センサを省略している。

図１とともに図２を参照して、電力変換回路１１１は、フィルタ１１１ａと、ＡＣ／ＤＣ変換回路１１１ｂと、ＤＣ／ＡＣ変換回路１１１ｃと、スイッチ１１１ｄとを含む。フィルタ１１１ａは、交流電力に含まれる高周波ノイズを除去する。スイッチ１１１ｄは、ＡＣ電源５００（図１）からフィルタ１１１ａに対する電力供給の許可／禁止を切り替える。スイッチ１１１ｄがＯＮ状態であるときには、上記電力供給が許可され、スイッチ１１１ｄがＯＦＦ状態であるときには、上記電力供給が禁止される。図２に示されるスイッチ１１１ｄの状態はＯＦＦ状態である。

ＡＣ／ＤＣ変換回路１１１ｂは、単相ブリッジ回路を含み、ＡＣ電源５００（図１）からフィルタ１１１ａを経て供給される交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換回路１１１ｃは、平滑コンデンサ及び単相ブリッジ回路を含み、ＡＣ／ＤＣ変換回路１１１ｂから出力される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換回路１１１ｃから出力される交流電圧が１次コイル１１２ａに印加される。絶縁トランス１１２は、１次コイル１１２ａと２次コイル１１２ｂとの巻数比に応じた比率で変圧を行なう。そして、変圧された交流電圧が２次コイル１１２ｂに印加される。整流回路１１３は、２次コイル１１２ｂに印加される交流電圧を直流電力に変換してコンデンサ１３０（図１）へ出力する。

再び図１を参照して、電流センサ１５１は、１次コイル１１２ａに流れる電流の大きさを検出するように構成される。以下、電流センサ１５１の検出値を、「ＩＡＣ」とも称する。ＩＡＣは、電力変換回路１１１の異常診断に用いられてもよい。電圧センサ１５２は、充電ラインＣＨＬ１と充電ラインＣＨＬ２との間の電圧の大きさを検出するように構成される。以下、電圧センサ１５２の検出値を、「ＶＣＨＧ」とも称する。ＶＣＨＧは、コンデンサ１３０の電圧に相当する。ＩＡＣ、ＶＣＨＧは、それぞれ電流センサ１５１、電圧センサ１５２からＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ出力され、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０から充電ＥＣＵ３００へ送信される。

ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０と充電ＥＣＵ３００とは、互いにバスＬ１を介して接続されている。バスＬ１は、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）バスである。また、充電ＥＣＵ３００は、ジカ線Ｌ２を介して電力変換回路１１１と接続されている。ジカ線Ｌ２は、機器同士を１対１で直接的に接続するダイレクト制御線である。制御信号の送信にジカ線Ｌ２を使用することで、制御速度が速くなる。

詳細は後述するが、充電ＥＣＵ３００は、ＡＣ電源５００から供給される電力を用いてバッテリ２００の外部充電を行なう。外部充電の実行中は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々がＯＮ状態（接続状態）にされる。また、充電ＥＣＵ３００は、バッテリ２００の外部充電開始に先立ってコンデンサ１３０のプリチャージを実行する。プリチャージの実行中は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々がＯＦＦ状態（遮断状態）にされる。

充電ＥＣＵ３００は、コンデンサ１３０のプリチャージを実行するときに、バスＬ１を通じてＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へプリチャージの実行指令（以下、「プリチャージ指令」とも称する）を送信する。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、充電ＥＣＵ３００からプリチャージ指令を受信している間は、コンデンサ１３０のプリチャージが実行されるように電力変換回路１１１を制御する。以下、充電ＥＣＵ３００からＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へプリチャージ指令が送信されていない状態を、「プリチャージ指令なし」とも称する。また、充電ＥＣＵ３００からＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へプリチャージ指令が送信されている状態を、「プリチャージ指令あり」とも称する。

充電ＥＣＵ３００は、上記外部充電の実行中にＡＣ充電器１００に異常が生じたときに充電ラインＣＨＬ１及びＣＨＬ２間に対する電圧の印加を禁止する禁止信号を電力変換回路１１１へ送信するＣＨＥＮ機能を有する。禁止信号は、充電ＥＣＵ３００からジカ線Ｌ２を通じて電力変換回路１１１へ送信される。禁止信号に従って電力変換回路１１１が制御されることで、電力変換回路１１１の出力が停止する。これにより、電力変換回路１１１から出力される電圧が０になり、充電ラインＣＨＬ１及びＣＨＬ２間に電圧が印加されなくなる。このため、ＣＨＥＮ禁止状態（すなわち、充電ＥＣＵ３００から電力変換回路１１１へ禁止信号を送信している状態）では、「プリチャージ指令あり」でも、ＡＣ充電器１００の出力電力は０になり、ＡＣ充電器１００はバッテリ２００に電圧を印加しない。

この実施の形態では、図１に示した充電システムが電動車両に搭載され、ＡＣ電源５００は、ＡＣ充電器１００に対して着脱可能に構成される。この実施の形態におけるＡＣ電源５００はＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）である。バスＬ１は、車載ＬＡＮ（Local Area Network）を構成するグローバルバスであってもよい。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０と充電ＥＣＵ３００との間にＣＧＷ（セントラルゲートウェイ）が設けられてもよい。

図３は、図１に示した充電システムが搭載された電動車両の一例を示す図である。図１とともに図３を参照して、この電動車両は、ＡＣ充電器１００と電気的に接続されるインレット１０を備える。インレット１０は、充電ケーブル（図示せず）のコネクタが接続可能に構成される。ＡＣ電源５００（ＥＶＳＥ）とつながる充電ケーブルのコネクタがインレット１０に接続されることで、図１に示すようにＡＣ電源５００と電力変換回路１１１とが電気的に接続される。これにより、ＡＣ電源５００から充電ケーブルを通じてＡＣ充電器１００（車載充電器）に電力を供給することが可能になる。

バッテリ２００は、車両走行用の電力を蓄電する。バッテリ２００は、たとえばリチウムイオン電池又はニッケル水素電池のような二次電池である。この実施の形態では、二次電池として、複数のリチウムイオン電池を含む組電池を採用する。組電池は、複数の単電池（一般に「セル」とも称される）が互いに電気的に接続されて構成される。この実施の形態に係るバッテリ２００は、本開示に係る「二次電池」の一例に相当する。

電動車両は、ＭＧ（Motor Generator）２１、ＰＣＵ（Power Control Unit）２２、及びＳＭＲ（System Main Relay）２３をさらに備える。

ＳＭＲ２３は、バッテリ２００とＰＣＵ２２とを結ぶ電流経路に設けられている。ＳＭＲ２３は、たとえば電磁式のメカニカルリレーである。ＳＭＲ２３の状態（接続／遮断）は、充電ＥＣＵ３００によって制御される。ＳＭＲ２３がＯＮ状態であるときにはバッテリ２００とＰＣＵ２２との間で電力の授受を行なうことが可能になり、ＳＭＲ２３がＯＦＦ状態であるときにはバッテリ２００とＰＣＵ２２との間で電力の授受を行なうことができなくなる。ＳＭＲ２３は、車両走行時にＯＮ状態にされる。

ＭＧ２１は、たとえば三相交流モータジェネレータである。ＭＧ２１は、ＰＣＵ２２によって駆動され、電動車両の駆動輪２５を回転させるように構成される。ＰＣＵ２２は、たとえば、プロセッサを含む制御装置と、インバータと、コンバータと（いずれも図示せず）を含んで構成される。ＰＣＵ２２の制御装置は、充電ＥＣＵ３００からの指示（制御信号）を受信し、その指示に従ってＰＣＵ２２のインバータ及びコンバータを制御するように構成される。ＭＧ２１の出力トルクは、減速機の役割を果たす動力伝達ギア２４を介して駆動輪２５に伝達される。また、ＭＧ２１は、回生発電を行ない、発電した電力をバッテリ２００に供給するように構成される。

充電ＥＣＵ３００は、プロセッサ３１０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３２０、記憶装置３３０、及びタイマ３４０を含んで構成される。プロセッサ３１０としては、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を採用できる。ＲＡＭ３２０は、プロセッサ３１０によって処理されるデータを一時的に記憶する作業用メモリとして機能する。記憶装置３３０は、格納された情報を保存可能に構成される。記憶装置３３０は、たとえばＲＯＭ（Read Only Memory）及び書き換え可能な不揮発性メモリを含む。記憶装置３３０には、プログラムのほか、プログラムで使用される情報（たとえば、マップ、数式、及び各種パラメータ）が記憶されている。この実施の形態では、記憶装置３３０に記憶されているプログラムをプロセッサ３１０が実行することで、充電ＥＣＵ３００における各種制御が実行される。

タイマ３４０は、設定時刻の到来をプロセッサ３１０に知らせるように構成される。タイマ３４０に設定された時刻になると、タイマ３４０からプロセッサ３１０へその旨を知らせる信号が送信される。また、充電ＥＣＵ３００は、充電ＥＣＵ３００に内蔵されるリアルタイムクロック（ＲＴＣ）回路（図示せず）を利用して現在時刻を取得できる。

ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０も、基本的には、上述した充電ＥＣＵ３００と同様のハードウェア構成を有する。この実施の形態では、充電ケーブル（図示せず）のコネクタが電動車両のインレット１０に接続され、電動車両とＡＣ電源５００（図１）とが充電ケーブルを介して電気的に接続されると、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０が起動する。そして、所定の充電開始条件が成立すると、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方をＯＮ状態にするとともに、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ充電要求信号（以下、「ＣＨＲＱ」と表記する）を送信する。充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−ＧのＯＦＦ／ＯＮ切替えは、同時に行なわれてもよいし、時間差で行なわれてもよい。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、ＣＨＲＱを受信すると、充電回路１１０を制御することにより、バッテリ２００の外部充電を開始する。

充電ＥＣＵ３００は、バッテリ２００の外部充電をＡＣ充電器ＥＣＵ１５０に実行させる期間においては、継続的にＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へＣＨＲＱを送信する。さらに、充電ＥＣＵ３００は電力指令値（以下、「ＣＨＰＷ」と表記する）をＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ送信する。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、充電ＥＣＵ３００からＣＨＲＱを受信している間は、バッテリ２００に供給される電力がＣＨＰＷになるように、充電回路１１０を制御する。ＣＨＰＷは、充電停止中の値と充電実行中の値とで２値的に変更されてもよいし、所定のパラメータ（たとえば、充電開始からの経過時間、又はバッテリ２００の温度）に応じて可変であってもよい。この実施の形態では、充電停止中のＣＨＰＷを「０Ｗ」、充電実行中のＣＨＰＷを「３．３ｋＷ」とする。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、ＶＣＨＧ及びＩＡＣに基づいて、バッテリ２００に供給される電力を検出してもよい。

詳細は後述するが、この実施の形態に係る充電システムでは、バッテリ２００の外部充電が開始される前に、コンデンサ１３０のプリチャージ、及びＣＨＥＮ機能の診断が実行される。なお、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０及び充電ＥＣＵ３００の各々における各種制御は、ソフトウェアによる実行に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で実行することも可能である。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０及び充電ＥＣＵ３００の各々が備えるプロセッサの数は任意であり、所定の制御ごとにプロセッサが用意されてもよい。

電動車両は、入力装置４１０と報知装置４２０とをさらに備える。
入力装置４１０は、ユーザからの入力を受け付ける装置である。入力装置４１０は、ユーザによって操作され、ユーザの操作に対応する信号を充電ＥＣＵ３００へ出力する。通信方式は有線でも無線でもよい。入力装置４１０の例としては、各種スイッチ、各種ポインティングデバイス、キーボード、タッチパネルが挙げられる。入力装置４１０は、カーナビゲーションシステムの操作部であってもよい。入力装置４１０は、音声入力を受け付けるスマートスピーカであってもよい。

報知装置４２０は、充電ＥＣＵ３００から要求があったときに、ユーザ（たとえば、乗員）へ所定の報知処理を行なうように構成される。報知装置４２０は、表示装置（たとえば、タッチパネルディスプレイ）、スピーカ、及びランプ（たとえば、ＭＩＬ（故障警告灯））の少なくとも１つを含んでもよい。報知装置４２０は、メータパネル、ヘッドアップディスプレイ、又はカーナビゲーションシステムであってもよい。

この実施の形態に係る充電システムでは、充電ＥＣＵ３００がＣＨＥＮ機能を有する。充電ＥＣＵ３００は、ＡＣ充電器１００に異常が生じたときにバッテリ２００の充電を禁止する。これにより、バッテリ２００の過剰な充電が抑制される。しかしながら、ＣＨＥＮ機能に異常が生じることがある。そこで、この実施の形態に係る充電システムは、バッテリ２００の充電を開始する前にＣＨＥＮ機能を診断する。この実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明する前に、比較例に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明する。

図４は、比較例に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。図４において、線Ｌ５１及びＬ５２は、それぞれ充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの状態の推移を示している。線Ｌ５３は、ＣＨＥＮ機能の状態（ＣＨＥＮ許可状態／ＣＨＥＮ禁止状態）の推移を示している。線Ｌ５４、Ｌ５５、Ｌ５６、Ｌ５７、Ｌ５８は、それぞれＣＨＲＱ、ＣＨＰＷ、プリチャージ指令、ＶＣＨＧ、ＩＡＣの推移を示している。

図４を参照して、この比較例に係るＣＨＥＮ機能の診断方法では、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇ（線Ｌ５１，Ｌ５２）の両方がＯＦＦ状態（遮断状態）になっているタイミングｔ５１で、充電ＥＣＵ３００がＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へプリチャージ指令を送信する（線Ｌ５６）。タイミングｔ５１では、充電システムはＣＨＥＮ許可状態（すなわち、充電ＥＣＵ３００から電力変換回路１１１へ禁止信号が送信されていない状態）になっている。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、ＣＨＥＮ許可状態において、プリチャージ指令を受信すると、充電回路１１０によってコンデンサ１３０に電圧を印加すること（線Ｌ５７）により、コンデンサ１３０のプリチャージを実行する。たとえば、コンデンサ１３０の電圧がバッテリ２００の電圧（ＶＢ）に近い値になるまでコンデンサ１３０に電荷を供給してコンデンサ１３０の電圧を上昇させる。コンデンサ１３０のプリチャージが完了すると、タイミングｔ５２において、充電ＥＣＵ３００がプリチャージ指令の送信をやめる。これにより、「プリチャージ指令あり」から「プリチャージ指令なし」に遷移する（線Ｌ５６）。また、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−ＢをＯＮ状態（接続状態）にする（線Ｌ５１）。

さらに、充電ＥＣＵ３００は、ＣＨＥＮ機能の診断を行なうためにＣＨＥＮ機能を異常検知状態（すなわち、ＡＣ充電器１００の異常を検知したときの状態）にする。ＣＨＥＮ機能が正常であれば、充電ＥＣＵ３００から電力変換回路１１１へ禁止信号が送信され、充電システムがＣＨＥＮ禁止状態になる（線Ｌ５３）。他方、ＣＨＥＮ機能に異常が生じて、ＣＨＥＮ機能によって禁止信号が送信されなくなると、線Ｌ６１で示すように、充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定される。

その後、充電ＥＣＵ３００は、タイミングｔ５３において、充電リレーＣＨＲ−ＧをＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。これにより、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方がＯＮ状態になる。また、充電ＥＣＵ３００は、ＣＨＲＱと、充電実行中のＣＨＰＷ（たとえば、３．３ｋＷ）とを、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ送信する。

ＣＨＥＮ機能が正常であれば、タイミングｔ５３において、充電システムがＣＨＥＮ禁止状態になっている。このため、タイミングｔ５３からタイミングｔ５４までの期間（期間ｔ５３〜ｔ５４）において、ＡＣ充電器１００から電力が出力されなくなり、ＩＡＣは０Ａになる。ＣＨＥＮ機能の診断が完了すると、タイミングｔ５４において、ＣＨＥＮ機能が通常の動作に戻る。このため、ＡＣ充電器１００に異常がなければ、充電システムはＣＨＥＮ許可状態に戻る（線Ｌ５３）。これにより、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０がバッテリ２００の外部充電を開始する。バッテリ２００の外部充電が実行されることで、ＩＡＣは上昇する（線Ｌ５８）。

他方、線Ｌ６１で示すように充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定されていると、ＣＨＥＮ機能によってＡＣ充電器１００の出力が禁止されず、線Ｌ６２で示すように、タイミングｔ５３以降にＩＡＣが上昇する。充電ＥＣＵ３００は、ＩＡＣに基づいて、ＣＨＥＮ機能の異常を検出できる。ＣＨＥＮ機能の異常が検出されたときには、充電ＥＣＵ３００は、ＡＣ充電器１００を制御することにより、ＡＣ充電器１００の出力を停止する。これにより、充電電流が遮断される。

しかしながら、ＣＨＥＮ機能の異常が検出されたときに、上記充電電流の遮断が直ちに行なわれるとは限らない。ＡＣ充電器１００の状態によっては、充電電流の遮断が遅れるかもしれない。そして、充電電流の遮断が遅れた場合には、バッテリ２００に過剰な充電が行なわれる可能性がある。充電回路１１０に異常が生じている場合には、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇを制御することにより、充電電流を止めることもできる。しかし、電流が流れた状態で充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇが接続状態から遮断状態に切り替えられると、発熱により充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇが溶着することがある。

そこで、この実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法では、充電ＥＣＵ３００が、充電経路遮断状態において、ＣＨＥＮ機能に禁止信号を送信させるとともに、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０に対してプリチャージ指令を出し、電圧センサ１５２によって検出されるコンデンサ１３０の電圧に基づいてＣＨＥＮ機能が正常であるか否かを判断する。以下、この実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明する。

図５は、充電ＥＣＵ３００が充電開始時に実行する処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、たとえば充電ケーブル（図示せず）のコネクタが電動車両のインレット１０に接続され、電動車両とＡＣ電源５００とが充電ケーブルを介して電気的に接続されると、開始される。充電ＥＣＵ３００は、インレット１０に設けられたセンサ（図示せず）の出力に基づいて、充電ケーブルのコネクタの接続を検出してもよい。また、充電ＥＣＵ３００は、ＡＣ電源５００から出力されるケーブル接続信号に基づいて、インレット１０に対するコネクタの接続を検出してもよい。ケーブル接続信号の例としては、ＣＰＬＴ信号（コントロールパイロット信号）又はＰｒｏｘｉｍｉｔｙ信号が挙げられる。

図１〜図３とともに図５を参照して、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１では、充電ＥＣＵ３００が、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々に対してＯＦＦ状態になるように指示する。Ｓ１２では、電圧センサ１５２によって検出されるＶＣＨＧが０Ｖであるか否かを、充電ＥＣＵ３００が判断する。Ｓ１１及びＳ１２は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇが溶着したか否かを診断するための処理に相当する。充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの各々が溶着していなければ、充電ＥＣＵ３００の指示に従って充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方がＯＦＦ状態になる。

Ｓ１２においてＮＯ（ＶＣＨＧ≠０Ｖ）と判断された場合には、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇが溶着していると認定し、処理はＳ２１に進む。充電ＥＣＵ３００は、Ｓ２１において、報知装置４２０を制御することにより、外部充電が禁止されたことをユーザに報知する。報知の方法は任意であり、表示装置への表示（たとえば、文字又は画像の表示）でユーザに知らせてもよいし、スピーカにより音（音声を含む）でユーザに知らせてもよいし、所定のランプを点灯（点滅を含む）させてもよい。また、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇが溶着したことを記憶装置３３０に記録する。記憶装置３３０に記録された情報はＯＢＤ（自己診断）で使用されてもよい。Ｓ２１の処理が実行されると、図５に示す一連の処理は終了する。

Ｓ１２においてＹＥＳ（ＶＣＨＧ＝０Ｖ）と判断された場合には、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇは正常である（溶着していない）と認定し、処理はＳ１３に進む。Ｓ１３では、充電ＥＣＵ３００が、ＣＨＥＮ機能を異常検知状態にして電力変換回路１１１へ禁止信号を送信するとともに、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０に対してプリチャージ指令を出す。Ｓ１１における充電ＥＣＵ３００の指示により、Ｓ１３においては、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方がＯＦＦ状態になっており、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−ＧによりＡＣ充電器１００からバッテリ２００までの充電経路が遮断されている。Ｓ１４では、「充電経路遮断状態」かつ「ＣＨＥＮ禁止状態」かつ「プリチャージ指令あり」の状態で、電圧センサ１５２によって検出されるＶＣＨＧが０Ｖであるか否かを、充電ＥＣＵ３００が判断する。Ｓ１３及びＳ１４は、充電ＥＣＵ３００のＣＨＥＮ機能が正常であるか否かを診断するための処理に相当する。ＣＨＥＮ機能が正常であれば、ＡＣ充電器１００から電力が出力されなくなり、ＶＣＨＧは０Ｖになる。

Ｓ１４においてＮＯ（ＶＣＨＧ≠０Ｖ）と判断された場合には、充電ＥＣＵ３００は、ＣＨＥＮ機能に異常が生じていると認定し、処理はＳ２２に進む。Ｓ２２の処理は、基本的にはＳ２１の処理と同じである。ただし、Ｓ２２においては、ＣＨＥＮ機能に異常が生じたことが記憶装置３３０に記録される。

Ｓ１４においてＹＥＳ（ＶＣＨＧ＝０Ｖ）と判断された場合には、充電ＥＣＵ３００は、ＣＨＥＮ機能は正常であると認定し、処理はＳ１５に進む。Ｓ１５では、充電ＥＣＵ３００が、ＣＨＥＮ機能を通常の動作に戻す。ＡＣ充電器１００に異常がなければ、充電システムはＣＨＥＮ許可状態になる。Ｓ１５においても、「充電経路遮断状態」かつ「プリチャージ指令あり」の状態は維持される。このため、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、プリチャージ指令に従ってコンデンサ１３０のプリチャージを実行する。

コンデンサ１３０のプリチャージが完了すると、処理はＳ１６に進む。充電ＥＣＵ３００は、たとえば、電圧センサ１５２によって検出されるＶＣＨＧが所定の基準値に達したときに、コンデンサ１３０のプリチャージが完了したと判断する。Ｓ１６では、充電ＥＣＵ３００が、プリチャージ指令の送信をやめて、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方をＯＮ状態にするとともに、ＣＨＲＱと、充電実行中のＣＨＰＷ（たとえば、３．３ｋＷ）とを、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ送信する。これにより、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０がバッテリ２００の外部充電を開始する。

外部充電制御の詳細については割愛するが、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０が充電回路１１０を制御することにより、バッテリ２００の外部充電が実行される。ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、バッテリ２００に供給される電力がＣＨＰＷになるように充電回路１１０を制御する。これにより、バッテリ２００が充電される。所定の終了条件が成立するまで外部充電は継続される。ただし、外部充電中にＡＣ充電器１００に異常が生じたときには、ＣＨＥＮ機能によってＡＣ充電器１００の出力が禁止され、外部充電が中止される。終了条件は、バッテリ２００が満充電になったときに成立してもよい。終了条件が成立すると、充電ＥＣＵ３００は、ＣＨＲＱの送信をやめることによって外部充電を停止する。

図６は、この実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法について説明するためのタイミングチャートである。図６における線Ｌ１１〜Ｌ１８は、図４に示した線Ｌ５１〜Ｌ５８に対応している。

図１及び図５とともに図６を参照して、この実施の形態に係るＣＨＥＮ機能の診断方法では、タイミングｔ１１で、図５に示したＳ１３の処理が実行される。充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ及びＣＨＲ−Ｇの両方がＯＦＦ状態（遮断状態）になっているとき（線Ｌ１１，Ｌ１２）に、ＣＨＥＮ機能を異常検知状態にするとともに、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０に対してプリチャージ指令を出す（線Ｌ１６）。ＣＨＥＮ機能が正常であれば、充電ＥＣＵ３００から電力変換回路１１１へ禁止信号が送信され、充電システムがＣＨＥＮ禁止状態になる（線Ｌ１３）。他方、ＣＨＥＮ機能に異常が生じて、ＣＨＥＮ機能によって禁止信号が送信されなくなると、線Ｌ２１で示すように、充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定される。

タイミングｔ１１からタイミングｔ１２までの期間（期間ｔ１１〜ｔ１２）において、図５に示したＳ１４の処理が実行される。ＣＨＥＮ機能が正常であれば、ＡＣ充電器１００から電力が出力されなくなり、ＶＣＨＧは０Ｖになる。他方、線Ｌ２１で示すように充電システムがＣＨＥＮ許可状態に固定されていると、ＣＨＥＮ機能によってＡＣ充電器１００の出力が禁止されず、線Ｌ２２で示すように、タイミングｔ１１以降にＶＣＨＧが上昇する。ＶＣＨＧの上昇が生じると、図５に示したＳ１４においてＮＯと判断され、図５に示したＳ２２の処理が実行された後、バッテリ２００の外部充電は中止される。

ＣＨＥＮ機能が正常である場合には、ＣＨＥＮ機能の診断が完了するタイミングｔ１２で、図５に示したＳ１５の処理が実行される。充電システムはＣＨＥＮ許可状態になり（線Ｌ１３）、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０は、充電回路１１０によってコンデンサ１３０に電圧を印加すること（線Ｌ１７）により、コンデンサ１３０のプリチャージを実行する。

その後、タイミングｔ１３において、コンデンサ１３０のプリチャージが完了すると、充電ＥＣＵ３００がプリチャージ指令の送信をやめる。これにより、「プリチャージ指令あり」から「プリチャージ指令なし」に遷移する（線Ｌ１６）。また、充電ＥＣＵ３００は、充電リレーＣＨＲ−ＢをＯＮ状態（接続状態）にする（線Ｌ１１）。その後、タイミングｔ１４で、充電ＥＣＵ３００は、バッテリ２００の外部充電を実行するために、ＣＨＲＱと、充電実行中のＣＨＰＷ（たとえば、３．３ｋＷ）とを、ＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ送信するとともに、充電リレーＣＨＲ−ＧをＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。これにより、バッテリ２００の充電経路が接続され、バッテリ２００の外部充電が開始される。

以上説明したように、充電ＥＣＵ３００は、バッテリ２００の充電開始に先立ち、ＡＣ充電器１００の出力電圧によるコンデンサ１３０のプリチャージの実行を指示する実行手段を備える。この実施の形態では、充電ＥＣＵ３００の実行手段がプリチャージ指令をＡＣ充電器ＥＣＵ１５０へ送信する。また、充電ＥＣＵ３００は、コンデンサ１３０の電圧を取得する電圧取得手段を備える。この実施の形態では、充電ＥＣＵ３００の電圧取得手段が、コンデンサ１３０の電圧を示すＶＣＨＧを電圧センサ１５２から取得する。また、充電ＥＣＵ３００は、バッテリ２００の充電中にＡＣ充電器１００に異常が生じたときにＡＣ充電器１００の出力を禁止する禁止信号をＡＣ充電器１００へ送信する禁止手段を備える。この実施の形態では、充電ＥＣＵ３００のＣＨＥＮ機能が禁止手段に相当する。また、充電ＥＣＵ３００は、禁止手段を診断する診断手段を備える。充電ＥＣＵ３００の診断手段は、充電リレーＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−ＧによりＡＣ充電器１００からバッテリ２００までの充電経路が遮断されているときに、禁止手段に禁止信号を送信させるとともに、実行手段によりプリチャージ指令を出し、電圧取得手段によって取得されるコンデンサ１３０の電圧に基づいて禁止手段が正常であるか否かを判断する（図５のＳ１４参照）。この実施の形態においては、プロセッサ３１０と、プロセッサ３１０により実行されるプログラムとによって、上記各手段が具現化される。ただしこれに限られず、これら各手段は、専用のハードウェア（電子回路）によって具現化されてもよい。

車両の構成は、図３に示した構成に限られない。たとえば、図３ではＭＧが１つだけ設けられる構成が示されるが、ＭＧの数はこれに限定されず、ＭＧを複数（たとえば２つ）設ける構成としてもよい。また、車両は、非接触充電可能に構成されてもよい。車両は、乗用車に限られず、バス又はトラックであってもよい。

充電システムは、車両以外の乗り物（船、飛行機等）に搭載された充電システムであってもよいし、無人の移動体（無人搬送車（ＡＧＶ）、農業機械、移動型ロボット、ドローン等）に搭載された充電システムであってもよいし、建物（住宅、工場等）に設置された充電システムであってもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ インレット、２１ ＭＧ、２２ ＰＣＵ、２３ ＳＭＲ、２４ 動力伝達ギア、２５ 駆動輪、１００ ＡＣ充電器、１１０ 充電回路、１１１ 電力変換回路、１１１ａ フィルタ、１１１ｂ ＡＣ／ＤＣ変換回路、１１１ｃ ＤＣ／ＡＣ変換回路、１１１ｄ スイッチ、１１２ 絶縁トランス、１１２ａ １次コイル、１１２ｂ ２次コイル、１１３ 整流回路、１３０ コンデンサ、１５０ ＡＣ充電器ＥＣＵ、１５１ 電流センサ、１５２ 電圧センサ、２００ バッテリ、３００ 充電ＥＣＵ、３１０ プロセッサ、３２０ ＲＡＭ、３３０ 記憶装置、３４０ タイマ、４１０ 入力装置、４２０ 報知装置、５００ ＡＣ電源、ＣＨＬ１，ＣＨＬ２ 充電ライン、ＣＨＲ−Ｂ，ＣＨＲ−Ｇ 充電リレー、Ｌ１ バス、Ｌ２ ジカ線。

Claims (1)

1. 二次電池と、前記二次電池を充電するための充電電力を出力する充電装置と、前記二次電池と前記充電装置との間に配置された充電リレーと、前記充電装置を制御する充電制御装置とを備える充電システムであって、
   前記充電装置は、供給される電力を前記充電電力に変換する充電回路と、前記二次電池に並列に接続された蓄電器とを有し、
   前記充電制御装置は、
   前記二次電池の充電開始に先立ち、前記充電装置の出力電圧による前記蓄電器のプリチャージの実行を指示する実行手段と、
   前記蓄電器の電圧を取得する電圧取得手段と、
   前記二次電池の充電中に前記充電装置に異常が生じたときに前記充電装置の出力を禁止する禁止信号を前記充電装置へ送信する禁止手段と、
   前記禁止手段を診断する診断手段とを有し、
   前記診断手段は、前記充電リレーにより前記充電装置から前記二次電池までの充電経路が遮断されているときに、前記禁止手段に前記禁止信号を送信させるとともに、前記実行手段により前記プリチャージの実行指令を出し、前記電圧取得手段によって取得される前記蓄電器の電圧に基づいて前記禁止手段が正常であるか否かを判断するように構成される、充電システム。

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