JP5083986B2

JP5083986B2 - 充電制御装置

Info

Publication number: JP5083986B2
Application number: JP2008308564A
Authority: JP
Inventors: 宏行末安; 勇作井戸; 裕史中尾; 恵一永山; 孝治蜂谷; 直樹廣部
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: JP2010136495A

Description

本発明は、充電制御装置に関し、特に、電動車両に設けられている電子部品に電力を供給するバッテリの充電に用いて好適な充電制御装置に関する。

従来、高電圧（例えば、公称電圧が200〜300Ｖ）のバッテリを動力源とし、高電圧バッテリの電力により走行する電動車両においては、高電圧バッテリの電力を用いて、低電圧（例えば、12Ｖ）で動作する電装部品に電力を供給する低電圧（例えば、公称電圧が12Ｖ）のバッテリの充電が行われている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、従来の電動車両の低電圧バッテリの周辺の回路の構成の一例を示すブロック図である。

BMU（Battery Management Unit）１１は、高電圧バッテリ１２の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を監視するとともに、図示せぬ充電装置を制御して、高電圧バッテリ１１３の充放電を制御する。

電動車両の動力源である高電圧バッテリ１２の電力は、電動車両の走行用のモータに供給されるほか、DCDCコンバータ１３により所定の電圧に変換されて、低電圧バッテリ１４およびJ/B（ジャンクションボックス）１５に供給される。

低電圧バッテリ１４は、DCDCコンバータ１３を介して高電圧バッテリ１２から供給される電力により充電される。そして、低電圧バッテリ１４に蓄積された電力は、電源ECU１６、および、低電圧で動作する車載用の電装部品からなる電子部品１７−１乃至１７−ｎに、J/B１５を介して供給される。

J/B１５は、電源ECU１６の制御の基に、低電圧バッテリ１４の電力、または、DCDCコンバータ１３を介して供給される高電圧バッテリ１２の電力を、電源ECU１６および電子部品１７−１乃至１７−ｎに分配する。

電源ECU１６は、J/B１５を介して、低電圧バッテリ１４の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を監視する。そして、電源ECU１６は、低電圧バッテリ１４の電圧が所定の閾値未満になった場合、J/B１５を介して、DCDCコンバータ１３を起動し、低電圧バッテリ１４の充電を開始させる。

特許第３６１５４４５号公報

図２は、DCDCコンバータ１３の変換効率の特性の一例を示すグラフである。なお、図内の横軸は、DCDCコンバータ１３の負荷、すなわち、DCDCコンバータ１３の出力電流を示し、縦軸は、変換効率、すなわち、DCDCコンバータ１３への入力電力に対するDCDCコンバータ１３の出力電力の比率を示している。

DCDCコンバータ１３は、負荷が低い領域においては、PWM（Pulse Width Modulation）のデューティ比が小さいなどの要因により、変換効率が悪く、入力電力に対する電力損失の割合が高くなる。また、DCDCコンバータ１３の変換効率は、ある程度のレベルになるまで、負荷が高くなるにつれて上昇し、その後、緩やかに減少する。従って、DCDCコンバータ１３をある程度高い負荷で動作させるようにした方が、電力損失が少なくなり、低電圧バッテリ１４の充電効率が高くなる。

ところで、電子部品１７−１乃至１７−ｎに、EPS（電動パワーステアリング）などの負荷が高い電装部品（以下、高負荷部品と称する）が含まれる場合、高負荷部品の起動時の突入電流により、瞬間的に低電圧バッテリ１４の電圧が降下する。図１の回路では、その度に、DCDCコンバータ１３が起動し、非常に低い負荷領域でDCDCコンバータ１３が動作してしまうため、電力損失が増大し、高電圧バッテリ１２の充電効率が低下してしまう。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、効率よく高電圧バッテリを用いて低電圧バッテリを充電できるようにするものである。

本発明の一側面の充電制御装置は、車両の動力源である第１のバッテリの電力であって、電圧変換手段により所定の電圧に変換された電力により充電され、車両に設けられている電子部品に電力を供給する第２のバッテリの充電を制御する充電制御装置であって、第２のバッテリの電圧が所定の第１の閾値未満である状態が所定の第１の期間継続した場合、電圧変換手段を起動し、第２のバッテリの充電を開始するとともに、第２のバッテリの電圧が第１の閾値より低い所定の第２の閾値未満になった場合、第２のバッテリの電圧が第１の閾値未満である状態が第１の期間継続していなくても、電圧変換手段を起動し、第２のバッテリの充電を開始する充電制御手段を含む。

本発明の一側面の充電制御装置においては、第２のバッテリの電圧が所定の第１の閾値未満である状態が所定の第１の期間継続した場合、電圧変換手段が起動され、第２のバッテリの充電が開始され、第２のバッテリの電圧が第１の閾値より低い所定の第２の閾値未満になった場合、第２のバッテリの電圧が第１の閾値未満である状態が第１の期間継続していなくても、電圧変換手段が起動され、第２のバッテリの充電を開始される。

従って、効率よく第１のバッテリにより第２のバッテリを充電することができる。また、充電効率を低下させずに、低電圧による電子部品の起動不良および誤動作の発生を抑制することができる。

この電圧変換手段は、例えば、DCDCコンバータにより構成され、この電子部品は、例えば、12V等の低電圧で動作する車載用の電装部品により構成される。また、この充電制御手段は、例えば、CPU（Central Processing Unit）またはECU（Electronic Control Unit）などにより構成される。

以上のように、本発明の一側面によれば、車両の動力源である第１のバッテリにより、車両に設けられている電子部品に電力を供給する第２のバッテリを充電することができる。特に、本発明の一側面によれば、効率よく第１のバッテリにより第２のバッテリを充電することができる。

以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図３は、本発明を適用した車両のバッテリ周辺の回路の一実施の形態を示す図である。

図３の車両１０１は、車載充電器１１１、BMU（Battery Management Unit）１１２、高電圧バッテリ１１３、インバータ１１４、モータ１１５、低電圧供給部１１６、および、電子部品１１７−１乃至１１７−ｎを備えている。また、車載充電器１１１、BMU１１２、低電圧供給部１１６、電子部品１１７−１乃至１１７−ｎ、および、図示せぬ急速充電装置は、車内LAN１１８を介して相互に接続され、CAN（Controller Area Network）に準拠した通信を行う。

車両１０１は、高電圧バッテリ１１３を動力源とする電動車両である。すなわち、高電圧バッテリ１１３の電力が、インバータ１１４により直流から交流に変換されて、モータ１１５に供給され、その電力によってモータ１１５が駆動することにより、車両１０１が走行する。また、高電圧バッテリ１１３の電力は、モータ１１５以外にも、低電圧供給部１１６により所定の電圧（例えば、12V）に変換されて、電源ECU１６４および電子部品１１７−１乃至１１７−ｎに供給される。

高電圧バッテリ１１３は、急速充電および通常充電（または、プラグイン充電）の２種類の充電方法により充電することが可能である。急速充電は、高電圧バッテリ１１３を専用の急速充電装置（不図示）に接続し、大電力により短時間で充電を行う充電方法である。一方、通常充電は、専用の充電ケーブルを介して、車載充電器１１１を一般家庭やオフィスなどにある標準的なコンセント（英語でOutlet）に接続し、接続したコンセントの先の電源（例えば、商用電源など）から供給される電力を用いて、車載充電器１１１が高電圧バッテリ１１３の充電を行う充電方法である。

BMU１１２は、高電圧バッテリ１１３の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を監視するとともに、車載充電器１１１および急速充電装置と通信を行い、高電圧バッテリ１１３の通常充電および急速充電の制御を行い、高電圧バッテリ１１３の充放電を制御する。

電子部品１１７−１乃至１１７−ｎは、例えば、Electronic Control Unit（ECU）、Engine Control Unit(ECU）、電動パワーステアリング（EPS）など、低電圧で動作する車載用の電装部品により構成される。なお、図中、電子部品１１７−１乃至１１７−ｎが全て車内LAN１１８に接続されるように示したが、電子部品の種類によっては、車内LAN１１８に接続されず、通信を行わないものもある。

なお、以下、電子部品１１７−１乃至１１７−ｎを個々に区別する必要がない場合、単に電子部品１１７と称する。

図４は、BMU１１２、高電圧バッテリ１１３、および、低電圧供給部１１６により構成される低電圧バッテリ充電システム１５１の詳細な構成例を示すブロック図である。

低電圧供給部１１６は、DCDCコンバータ１６１、低電圧バッテリ１６２、J/B（ジャンクションボックス）１６３、および、電源ECU（Electronic Control Unit）１６４を含むように構成される。また、DCDCコンバータ１６１および電源ECU１６４は、車内LAN１１８に接続され、車内LAN１１８に接続されている他の部品と、CAN（Controller Area Network）に準拠した通信を行う。

DCDCコンバータ１６１は、高電圧バッテリ１１３の電力を、所定の電圧（例えば、12V）に変換して低電圧バッテリ１６２およびJ/B１６３に供給する。

低電圧バッテリ１６２は、DCDCコンバータ１６１を介して高電圧バッテリ１１３から供給される電力により充電される。そして、低電圧バッテリ１６２に蓄積された電力は、J/B１６３を介して、電源ECU１６４および電子部品１１７−１乃至１１７−ｎに供給される。

J/B１６３は、電源ECU１６４の制御の基に、低電圧バッテリ１６２の電力、または、DCDCコンバータ１６１を介して供給される高電圧バッテリ１１３の電力を、電源ECU１６４および電子部品１１７−１乃至１１７−ｎに分配する。

電源ECU１６４は、車内LAN１１８を介して、BMU１１２から、高電圧バッテリ１１３の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を示す情報を取得する。また、電源ECU１６４は、J/B１６３を介して低電圧バッテリ１６２の状態（例えば、電圧、電流、温度など）を監視しながら、車内LAN１１８を介して、DCDCコンバータ１６１の動作を制御し、低電圧バッテリ１６２の充放電を制御する。さらに、電源ECU１６４は、J/B１６３を制御して、電子部品１１７−１乃至１１７−ｎへの電力の供給を制御する。

なお、以下、低電圧バッテリ１６２の公称電圧が12Vであるものとして説明する。

次に、図５乃至図１０を参照して、低電圧バッテリ充電システム１５１の処理について説明する。

まず、図５のフローチャートを参照して、低電圧バッテリ充電システム１５１により実行される低電圧バッテリ充電処理の第１の実施の形態について説明する。

ステップＳ１において、電源ECU１６４は、J/B１６３を介して、低電圧バッテリ１６２の電圧を測定する。

ステップＳ２において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２を充電中か否かを判定する。電源ECU１６４は、車内LAN１１８を介して、DCDCコンバータ１６１の状態を確認し、DCDCコンバータ１６１が稼動している場合、低電圧バッテリ１６２を充電中であると判定し、処理はステップＳ３に進む。

ステップＳ３において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の充電が終了したか否かを判定する。電源ECU１６４は、例えば、低電圧バッテリ１６２の電圧が所定の電圧（例えば、12.5V）に達していない場合、低電圧バッテリ１６２の充電が終了していないと判定し、処理はステップＳ１に戻り、その後、ステップＳ１以降の処理が実行される。

一方、ステップＳ３において、低電圧バッテリ１６２の充電が終了したと判定された場合、処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、電源ECU１６４は、車内LAN１１８を介して、DCDCコンバータ１６１を制御し、DCDCコンバータ１６１を停止する。これにより、低電圧バッテリ１６２の充電が停止する。その後、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。

一方、ステップＳ２において、低電圧バッテリ１６２を充電していないと判定された場合、処理はステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満であるか否かを判定する。低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満であると判定された場合、処理はステップＳ６に進む。なお、電圧Vt1は、予め設定されている閾値であり、例えば、10〜11Vの間の値に設定される。

ステップＳ６において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続したか否かを判定する。低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続していないと判定された場合、処理はステップＳ１に戻り、その後、ステップＳ１以降の処理が実行される。なお、期間T1は、予め設定されている閾値であり、例えば、1分に設定される。

一方、ステップＳ６において、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続していると判定された場合、処理はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、電源ECU１６４は、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っているか否かを判定する。具体的には、電源ECU１６４は、車内LAN１１８を介して、BMU１１２から高電圧バッテリ１１３の現在の容量（すなわち、残量）を示す情報を取得する。電源ECU１６４は、高電圧バッテリ１１３の残量が所定の容量未満（例えば、満充電時の容量の10％未満）である場合、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っていないと判定し、処理はステップＳ１に戻り、その後、ステップＳ１以降の処理が実行される。

すなわち、高電圧バッテリ１１３の残量が少ない場合には、DCDCコンバータ１３が起動されず、低電圧バッテリ１６２の充電は行われない。これにより、低電圧バッテリ１６２の充電により、高電圧バッテリ１１３の残量がなくなり、車両１０１の走行ができなくなることが防止される。

一方、ステップＳ７において、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っていると判定された場合、処理はステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、電源ECU１６４は、車内LAN１１８を介して、DCDCコンバータ１６１を制御し、DCDCコンバータ１６１を起動する。これにより、低電圧バッテリ１６２の充電が開始される。

ここで、図６および図７を参照して、低電圧バッテリ１６２の充電の開始条件について具体的に説明する。なお、図６および図７の横軸は、時間を示し、縦軸は、低電圧バッテリ１６２の電圧を示している。

図６に示されるように、低電圧バッテリ１６２の電圧が電圧Vt1未満になってから、期間T1以上経過したとき、DCDCコンバータ１６１が起動され、低電圧バッテリ１６２の充電が開始され、低電圧バッテリ１６２の電圧が上昇する。一方、図７に示されるように、低電圧バッテリ１６２の電圧が、電圧Vt1未満になってから期間T1以上継続する前に、電圧Vt1以上に回復した場合、DCDCコンバータ１６１は起動されず、低電圧バッテリ１６２の充電は行われない。これにより、電子機器１１７の起動時などに発生する習慣的な電圧降下により、DCDCコンバータ１６１が起動することが防止される。

これにより、DCDCコンバータ１６１が低負荷で動作することが抑制され、電力損失が少なくなり、低電圧バッテリ１４の充電効率が高くなる。

図５に戻り、ステップＳ９において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧の測定周期を元に戻す。具体的には、後述するステップＳ１０において、低電圧バッテリ１６２の電圧変動に応じて、低電圧バッテリ１６２の電圧の測定周期が通常より長く設定されている場合、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧の測定周期を通常の値に戻す。すなわち、電源ECU１６４は、ステップＳ１において、低電圧バッテリ１６２の電圧を測定する周期を元の値に戻す。その後、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。

一方、ステップＳ５において、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1以上であると判定された場合、処理はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧変動に応じて、電圧の測定周期を調整する。具体的には、単位時間ΔTあたりの低電圧バッテリ１６２の電圧の変動値をΔVとした場合、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧の変動率ΔV／ΔTの値に応じて、電圧の測定周期を調整する。

ここで、図８を参照して、電源ECU１６４による電圧の測定周期の調整の一例について説明する。なお、図内の横軸は時間を示し、縦軸は低電圧バッテリ１６２の電圧を示している。また、図内の上向きの矢印は、低電圧バッテリ１６２の電圧を測定するタイミングを示している。

この図８に示されるように、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧の変動率ΔV／ΔTが所定の閾値未満である状態が所定の期間T11（例えば、10分）以上継続した場合、電圧の測定周期を周期C1から周期C2に延長し、さらに、変動率ΔV／ΔTが所定の閾値未満である状態が所定の期間T12（例えば、10分）以上継続した場合、電圧の測定周期を周期C2から周期C3に延長する。すなわち、低電圧バッテリ１６２の電圧の変動率ΔV／ΔTが所定の閾値未満である状態が長くなるほど、電圧の測定周期が長く設定される。

これにより、電源ECU１６４の負荷が軽減され、消費電力を削減することができる。

その後、処理はステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の処理が実行される。

次に、図９のフローチャートを参照して、低電圧バッテリ充電システム１５１により実行される低電圧バッテリ充電処理の第２の実施の形態について説明する。

ステップＳ５１において、図５のステップＳ１の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧が測定され、ステップＳ５２において、図５のステップＳ２の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２を充電中か否かが判定される。低電圧バッテリ１６２を充電中であると判定された場合、処理はステップＳ５３に進む。ステップＳ５３およびＳ５４の処理は、図５のステップＳ３およびＳ４の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。

一方、ステップＳ５２において、低電圧バッテリ１６２を充電していないと判定された場合、処理はステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５において、電源ECU１６４は、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt2未満であるか否かを判定する。低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満であると判定された場合、処理はステップＳ５９に進む。なお、電圧Vt2は、予め設定されている閾値であり、上述した電圧Vt1より低い値に設定される。より具体的には、例えば、電圧Vt2は、電子機器１１７が稼動できる最低電圧より少しだけ高い値（例えば、9V）に設定される。

一方、ステップＳ５５において、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt2以上であると判定された場合、処理はステップＳ５６に進む。

ステップＳ５６において、図５のステップＳ５の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満であるか否かが判定され、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満であると判定された場合、処理はステップＳ５７に進む。

ステップＳ５７において、図５のステップＳ６の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続したか否かが判定され、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続していないと判定された場合、処理はステップＳ５１に戻り、その後、ステップＳ５１以降の処理が実行される。

一方、ステップＳ５７において、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1未満である状態が、期間T1以上継続していると判定された場合、処理はステップＳ５８に進む。

ステップＳ５８において、図５のステップＳ７の処理と同様に、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っているか否かが判定され、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っていないと判定された場合、処理はステップＳ５１に戻り、その後、ステップＳ５１以降の処理が実行される。

一方、ステップＳ５８において、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っていると判定された場合、処理はステップＳ５９に進む。

ステップＳ５９において、図５のステップＳ８の処理と同様に、DCDCコンバータ１６１が起動され、ステップＳ６０において、図５のステップＳ９の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧の測定周期が元に戻される。

すなわち、低電圧バッテリ充電処理の第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧が電圧Vt1未満である状態が期間T1以上継続し、かつ、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っている場合に、低電圧バッテリ１６２の充電が開始さえる。加えて、図１０に示されるように、低電圧バッテリ１６２の電圧が電圧Vt2未満になった場合には、その期間や高電圧バッテリ１１３の残量に関係なく、低電圧バッテリ１６２の充電が開始される。これにより、低電圧バッテリ１６２の電圧低下による電子機器１１７の起動不良や誤動作の発生を抑制することができる。

なお、低電圧バッテリ１６２の電圧が電圧Vt2未満になった場合でも、高電圧バッテリ１１３の容量が十分残っていないときには、低電圧バッテリ１６２の充電を行わないようにしてもよい。

図９に戻り、一方、ステップＳ５６において、低電圧バッテリ１６２の電圧がVt1以上であると判定された場合、処理はステップＳ６１に進み、ステップＳ６１において、図５のステップＳ１０の処理と同様に、低電圧バッテリ１６２の電圧変動に応じて、電圧の測定周期が調整される。その後、処理はステップＳ５１に戻り、ステップＳ５１以降の処理が実行される。

以上のようにして、DCDCコンバータ１６１の電力損失を少なくし、効率よく高電圧バッテリ１１３により低電圧バッテリ１６２を充電することができる。

上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ（CPU、ECU、BMCなど）、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体、または、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供され、インストールされる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

また、本明細書において、システムの用語は、複数の装置、手段などより構成される全体的な装置を意味するものとする。

さらに、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に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において種々の変更が可能である。

従来の電動車両の低電圧バッテリの周辺の回路の構成の一例を示すブロック図である。 DCDCコンバータの変換効率の一例を示すグラフである。本発明を適用した車両のバッテリ周辺の回路の一実施の形態を示す図である。低電圧バッテリ充電システムの詳細な構成例を示すブロック図である。低電圧バッテリ充電処理の第１の実施の形態を説明するためのフローチャートである。低電圧バッテリの充電の開始条件を説明するための図である。低電圧バッテリの充電の開始条件を説明するための図である。低電圧バッテリの電圧の測定周期の調整の一例を説明するための図である。低電圧バッテリ充電処理の第２の実施の形態を説明するためのフローチャートである。低電圧バッテリの充電の開始条件を説明するための図である。

符号の説明

１０１車両
１１２ BMU
１１３高電圧バッテリ
１１６低電圧供給部
１１７−１乃至１１７−ｎ電子部品
１１８車内LAN
１５１低電圧バッテリ充電システム
１６１ DCDCコンバータ
１６２低電圧バッテリ
１６３ジャンクションボックス
１６４電源ECU

Claims

車両の動力源である第１のバッテリの電力であって、電圧変換手段により所定の電圧に変換された電力により充電され、前記車両に設けられている電子部品に電力を供給する第２のバッテリの充電を制御する充電制御装置において、
前記第２のバッテリの電圧が所定の第１の閾値未満である状態が所定の第１の期間継続した場合、前記電圧変換手段を起動し、前記第２のバッテリの充電を開始するとともに、前記第２のバッテリの電圧が前記第１の閾値より低い所定の第２の閾値未満になった場合、前記第２のバッテリの電圧が前記第１の閾値未満である状態が前記第１の期間継続していなくても、前記電圧変換手段を起動し、前記第２のバッテリの充電を開始する充電制御手段を
含む充電制御装置。