JP2021182811A - 充電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】充電時の発熱を抑えつつ、バッテリ充電経路のリレーの溶着誤検出を防ぐ。【解決手段】充電設備２２０からバッテリ２００への給電経路となる第１極側給電経路１０１ａおよび第２極側給電経路１０１ｂと、第１極側給電経路と第２極側給電経路との間の電圧を測定する電圧測定回路１２０と、第１極側給電経路の、電圧測定回路よりバッテリ側に設けられた第１極側リレー１３０ａと、第２極側給電経路の、電圧測定回路よりバッテリ側に設けられた第２極側リレー１３０ｂと、電圧測定回路と並列に接続された、抵抗１４０と抵抗調整リレー１５０との直列回路と、第１極側リレー、第２極側リレー、抵抗調整リレーの開閉を制御する制御部１１０と、を備え、制御部は、第１極側リレー、第２極側リレーの溶着判定を行なう際に、抵抗調整リレーを閉に制御する充電制御装置１００。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリ充電経路のリレーの溶着を検出する充電制御装置に関する。
駆動源としてエンジンと電気モータとを備えるハイブリッド車や、電気自動車のような車両においては、車体上に搭載したバッテリを充電し、バッテリから供給される電気エネルギーを利用して推進力を発生する。一般に、バッテリは、リチウムイオン充電池やニッケル水素充電池などの二次電池が多数直列に接続されて構成されており、２００Ｖ以上の高電圧が取り出せるようになっている。
バッテリの充電には、例えば、車外に設置された充電設備が利用される。図４（ａ）は、車両に搭載されたバッテリ２００を、充電設備２２０を利用して充電する場合の従来の構成を示すブロック図である。
本図において、バッテリ２００を搭載した車両には、充電設備２２０と接続する充電インレット２１０と、充電制御装置３００とを備えている。なお、充電設備２２０は、スイッチＳＷ１を備えており、接続された充電インレット２１０を介した給電のオンオフを切り替えられるようになっている。
充電制御装置３００は、制御部３１０、充電インレット２１０の正負極間に印加された電圧を測定する電圧測定回路３２０、充電設備２２０とバッテリ２００間の給電経路の開閉を切り替える常開型の正極側リレー３３０ａおよび負極側リレー３３０ｂを備えている。
正極側リレー３３０ａは、電圧測定回路３２０の正極側とバッテリ２００の正極側との間に配置され、負極側リレー３３０ｂは、電圧測定回路３２０の負極側とバッテリ２００の負極側との間に配置されている。正極側リレー３３０ａ、負極側リレー３３０ｂは、急速充電用コンタクタとして機能することができる。
制御部３１０は、充電設備２２０に接続された車両において、バッテリ２００の充電を行なう場合は、正極側リレー３３０ａおよび負極側リレー３３０ｂを閉に切り替え、バッテリ２００の充電が終了すると、正極側リレー３３０ａおよび負極側リレー３３０ｂを開に戻す。
従来から、正極側リレー３３０ａおよび負極側リレー３３０ｂの溶着を検出することが行なわれており、制御部３１０に溶着判定部３１１が設けられている。溶着の検出は、例えば、充電設備２２０に接続された際の充電前後に行なわれる。
溶着の検出では、接続している充電設備２２０がオフの状態で、一方のリレーのみ、例えば、正極側リレー３３０ａを閉に制御する。負極側リレー３３０ｂが溶着していない正常状態であれば、電圧測定回路３２０では電圧が検出されないが、負極側リレー３３０ｂが溶着していればバッテリ２００の電圧に基づく電圧が電圧測定回路３２０で検出されることになる。
このため、溶着判定部３１１は、正極側リレー３３０ａを閉に制御した状態で、電圧測定回路３２０が電圧を検出した場合に、負極側リレー３３０ｂで溶着が発生していると判定することができる。同様に、負極側リレー３３０ｂを閉に制御した状態で、電圧測定回路３２０が電圧を検出した場合に、正極側リレー３３０ａで溶着が発生していると判定することができる。
特開２０１１−１５５６７号公報
車両に搭載されたバッテリ２００を含んだ電源系は、安全性の観点等から、車体から電気的に絶縁された非接地構成となっている。しかしながら、完全な絶縁状態を得ることは困難であり、例えば、数ＭΩ程度の絶縁抵抗を有しており、車両や充電設備２２０毎のばらつきもある。
ここで、溶着判定の際に、電圧測定回路３２０のインピーダンスが絶縁抵抗程度に大きいと、図４（ｂ）に示すように、車両側の絶縁抵抗ＲＬｖおよび充電設備２２０側の絶縁抵抗ＲＬｃを含んだ電流経路ＣＣが実質的に形成され、電圧測定回路３２０に絶縁抵抗との分圧比に応じた電圧が検出される。
本図の例では、正極側リレー３３０ａを閉に制御して負極側リレー３３０ｂの溶着を判定しているが、電圧測定回路３２０で電圧が検出される結果、負極側リレー３３０ｂで溶着が発生していないのにもかかわらず、溶着が発生していると誤検出してしまうおそれがある。
この誤検出を防ぐためには、例えば、電圧測定回路３２０と並列に絶縁抵抗よりも値の小さい抵抗を挿入することでインピーダンスを調整し、溶着検出時に電圧測定回路３２０にかかる電圧を低下させることが考えられる。しかしながら、バッテリ２００の充電中はこの抵抗に電流が流れ続けるため、発熱を考慮しなければならず、定格電力の大きい抵抗が要求される。このため、セメント抵抗のような大型の抵抗を用いたり、放熱のために大きな基板面積を確保することが必要となり、基板の大型化を招いてしまう。
そこで、本発明は、充電時の発熱を抑えつつ、バッテリ充電経路のリレーの溶着誤検出を防ぐことを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様である充電制御装置は、充電設備からバッテリへの給電経路となる第１極側給電経路および第２極側給電経路と、前記第１極側給電経路と前記第２極側給電経路との間の電圧を測定する電圧測定回路と、前記第１極側給電経路の、前記電圧測定回路より前記バッテリ側に設けられた第１極側リレーと、前記第２極側給電経路の、前記電圧測定回路より前記バッテリ側に設けられた第２極側リレーと、前記電圧測定回路と並列に接続された、抵抗と抵抗調整リレーとの直列回路と、前記第１極側リレー、前記第２極側リレー、前記抵抗調整リレーの開閉を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１極側リレー、前記第２極側リレーの溶着判定を行なう際に、前記抵抗調整リレーを閉に制御することを特徴とする。
ここで、前記制御部は、前記充電設備から前記バッテリへの充電を行なう際は、前記抵抗調整リレーを開に制御することができる。
また、前記直列回路に、フォトカプラの発光側が直列に接続され、前記制御は、前記フォトカプラの受光信号を検出することで、前記抵抗調整リレーの故障判定を行なうようにしてもよい。
前記制御部は、溶着判定において、前記第１極側リレー、前記第２極側リレーのいずれか一方のリレーを閉に制御したときの前記電圧測定回路の測定値に基づいて他方のリレーの溶着を検出することができる。
本発明によれば、充電時の発熱を抑えつつ、バッテリ充電経路のリレーの溶着誤検出を防ぐことができる。
本実施形態の充電制御装置の構成を示す図である。 本実施形態の溶着検出動作を説明するフローチャートである。 本実施形態の充電制御装置の構成の別例を示す図である。 車両に搭載されたバッテリを、充電設備を利用して急速充電する場合の従来の構成を示すブロック図である。
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る充電制御装置１００の構成を示す図である。バッテリ２００、充電インレット２１０、充電設備２２０は、従来と同様である。
本実施形態の充電制御装置１００は、充電設備２２０からバッテリ２００への給電経路となる正極側給電経路１０１ａおよび負極側給電経路１０１ｂ、制御部１１０、正極側給電経路１０１ａと負極側給電経路１０１ｂとの間の電圧を測定する電圧測定回路１２０、正極側給電経路１０１ａに設けられた常開型の正極側リレー１３０ａ、負極側給電経路１０１ｂに設けられた負極側リレー１３０ｂ、抵抗１４０と常開型の抵抗調整リレー１５０との直列回路を備えている。
正極側リレー１３０ａ、負極側リレー１３０ｂは、電圧測定回路１２０とバッテリ２００との間に配置されている。抵抗１４０と抵抗調整リレー１５０との直列回路は、電圧測定回路１２０と並列に接続されている。抵抗１４０は、一般的な絶縁抵抗よりも小さい値とする。
制御部１１０は、充電設備２２０に接続された車両において、バッテリ２００の充電を行なう場合は、正極側リレー１３０ａおよび負極側リレー１３０ｂを閉に切り替え、バッテリ２００の充電が終了すると、正極側リレー１３０ａおよび負極側リレー１３０ｂを開に戻す。
制御部１１０は、正極側リレー１３０ａおよび負極側リレー１３０ｂの溶着を検出する溶着判定部１１１を備えている。溶着判定部１１１は、正極側リレー１３０ａおよび負極側リレー１３０ｂのうち、一方のリレーのみを閉に制御したときに、電圧測定回路１２０で基準値以上の電圧を検出した場合に、他方のリレーで溶着が発生していると判定する。
本実施形態において、制御部１１０は、溶着の判定を行なう際に、常開型の抵抗調整リレー１５０を閉に切り替える。これにより、溶着判定時において、絶縁抵抗を含んだ閉回路が実質的に形成されて電圧測定回路１２０が電圧を検出することによる溶着誤検出を防ぐとともに、充電時において、抵抗１４０に電流が流れることによる発熱を防ぐことができる。
なお、溶着判定時に抵抗１４０に電流が流れるが、一般に数秒程度の短い時間であるため、発熱が問題になることはなく、抵抗１４０として定格電力の大きい抵抗は要求されない。このため、基板の大型化を招くことはない。
次に、本実施形態の溶着判定部１１１の溶着判定動作について図２のフローチャートを参照して説明する。
溶着判定動作は、例えば、車両の充電インレット２１０が充電設備２２０に接続された際の充電前後の両方あるいはいずれか一方に行なうようにする。正極側リレー１３０ａ、負極側リレー１３０ｂ、抵抗調整リレー１５０は、上述のように常時開型のリレーであり、動作開始時において閉状態にある。
溶着判定は、充電設備２２０が非給電状態で行なうため、充電設備２２０がオフであることを確認する（Ｓ１０１）。
溶着判定に際し、絶縁抵抗を含んだ閉回路が形成されることによる溶着誤検出を防ぐため、抵抗調整リレー１５０を閉に制御する（Ｓ１０２）。
負極側リレー１３０ｂの溶着判定を行なうために、正極側リレー１３０ａを閉に制御する（Ｓ１０３）。そして、電圧測定回路１２０で基準値以上の電圧を検知したかどうかを判定する（Ｓ１０４）。その結果、基準値以上の電圧を検知した場合には（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、負極側リレー１３０ｂが溶着していると判定する（Ｓ１０５）。
その後、正極側リレー１３０ａを開に制御し（Ｓ１０６）、正極側リレー１３０ａの溶着判定を行なうために、負極側リレー１３０ｂを閉に制御する（Ｓ１０７）。
そして、電圧測定回路１２０で基準値以上の電圧を検知したかどうかを判定する（Ｓ１０８）。その結果、基準値以上の電圧を検知した場合には（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、正極側リレー１３０ａが溶着していると判定する（Ｓ１０９）。もちろん、正極側リレー１３０ａ、負極側リレー１３０ｂの溶着判定の順番は逆にしてもよい。
その後、負極側リレー１３０ｂを開に制御し（Ｓ１１０）、抵抗調整リレー１５０を開に制御する（Ｓ１１１）。これにより、充電時に抵抗１４０に電流が流れることを防ぐことができる。以上、溶着判定部１１１の溶着判定動作について説明した。
図３は、充電制御装置１００の別例を示すブロック図である。本図の例では、抵抗１４０と抵抗調整リレー１５０の直列回路にさらに、フォトカプラ１６０の発光側を接続している。フォトカプラ１６０の受光側は、溶着判定部１１１に接続され、受光信号の有無が確認できるようになっている。
このような構成により、溶着判定部１１１は、抵抗調整リレー１５０が閉状態の場合にフォトカプラ１６０から受光信号を入力し、抵抗調整リレー１５０が開状態の場合にフォトカプラ１６０から受光信号を入力しない。このため、溶着判定部１１１は、抵抗調整リレー１５０の開閉状態の情報を取得することができる。
抵抗調整リレー１５０の開閉状態の情報を取得することができることから、溶着判定部１１１は、抵抗調整リレー１５０の故障検出が可能となる。具体的には、抵抗調整リレー１５０を閉制御しているのにもかかわらず受光信号が入力されない場合には、抵抗調整リレー１５０が開固着していると判定し、抵抗調整リレー１５０を開制御しているのにもかかわらず受光信号が入力される場合には、抵抗調整リレー１５０が閉固着していると判定することができる。
以上、本実施形態の充電制御装置１００によれば、電圧測定回路１２０と並列に抵抗１４０と抵抗調整リレー１５０との直列回路を接続し、溶着判定時にのみ抵抗調整リレー１５０を閉状態に制御するため、充電時の発熱を抑えつつ、バッテリ充電経路のリレーの溶着誤検出を防ぐことができる。さらに、抵抗１４０と抵抗調整リレー１５０との直列回路にフォトカプラ１６０を直列に接続することで、抵抗調整リレー１５０の故障も検出することができる。
１００ 充電制御装置
１０１ａ 正極側給電経路
１０２ｂ 負極側給電経路
１１０ 制御部
１１１ 溶着判定部
１２０ 電圧測定回路
１３０ａ 正極側リレー
１３０ｂ 負極側リレー
１４０ 抵抗
１５０ 抵抗調整リレー
１６０ フォトカプラ
２００ バッテリ
２１０ 充電インレット
２２０ 充電設備

Claims (4)

  1. 充電設備からバッテリへの給電経路となる第１極側給電経路および第２極側給電経路と、
    前記第１極側給電経路と前記第２極側給電経路との間の電圧を測定する電圧測定回路と、
    前記第１極側給電経路の、前記電圧測定回路より前記バッテリ側に設けられた第１極側リレーと、
    前記第２極側給電経路の、前記電圧測定回路より前記バッテリ側に設けられた第２極側リレーと、
    前記電圧測定回路と並列に接続された、抵抗と抵抗調整リレーとの直列回路と、
    前記第１極側リレー、前記第２極側リレー、前記抵抗調整リレーの開閉を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第１極側リレー、前記第２極側リレーの溶着判定を行なう際に、前記抵抗調整リレーを閉に制御することを特徴とする充電制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記充電設備から前記バッテリへの充電を行なう際は、前記抵抗調整リレーを開に制御することを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
  3. 前記直列回路に、フォトカプラの発光側が直列に接続され、
    前記制御は、前記フォトカプラの受光信号を検出することで、前記抵抗調整リレーの故障判定を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御装置。
  4. 前記制御部は、溶着判定において、前記第１極側リレー、前記第２極側リレーのいずれか一方のリレーを閉に制御したときの前記電圧測定回路の測定値に基づいて他方のリレーの溶着を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御装置。
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