JP5293841B2 - 電動車両の電源システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
この発明は、電動車両の電源システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、走行用モータ給電用の主蓄電装置(メインバッテリ)と、制御装置を含む補機給電用の副蓄電装置(補機バッテリ)とを搭載した電動車両における補機バッテリの充電制御に関する。
二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力を用いて、車両駆動力を発生する走行用モータを駆動可能に構成された電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車が知られている。電動車両では、走行用モータの給電に用いられる高圧の蓄電装置(メインバッテリまたは高圧バッテリ)と、制御装置を含む補機への給電に用いられる低圧の蓄電装置(補機バッテリまたは低圧バッテリ)との2種類の蓄電装置が搭載される構成が一般的である。
このような構成では、当然に、高圧バッテリの残容量が低下すると車両走行が不能となる。さらに、低圧バッテリの残容量低下による電圧低下時には、制御装置を正常に動作させることができなくなることによって、高圧バッテリの残容量が確保されていても、車両走行が不能となる虞がある。したがって、高圧バッテリのみならず、低圧バッテリの充電状態についても十分に管理して、充電不足時にはその残容量を回復する必要がある。
たとえば、特開2000−341801号公報(特許文献1)には、低圧バッテリおよび高圧バッテリを搭載した電気自動車用電源装置において、低圧バッテリの充電不足時に、高圧バッテリからDC/DCコンバータを通じて低圧バッテリを充電することが記載されている。
また、特開平7−111735号公報(特許文献2)には、電気自動車の車両停止モードでのメインバッテリ充電時に補機バッテリの残容量が不足すると、補機バッテリの残容量を増大させるように、DC/DCコンバータの出力電圧を上昇させることが記載されている。
さらに、特開2008−195315号公報(特許文献3)には、車両外部の電源によって高圧バッテリ(メインバッテリ)を充電可能に構成された、いわゆるプラグインハイブリッド車両が記載されている。そして、特開2007−209168号公報(特許文献4)には、プラグインハイブリッド車両において、太陽電池または商用電源等によってメインバッテリ(主蓄電装置)を充電する際に、メインバッテリの状態を監視するための電池ECU(Electronic Control Unit)を所定の間隔で駆動することにより、電池ECUの起動頻度を最小限に抑えることが記載されている。
特許文献4の構成では、車両の停止モード時におけるメインバッテリの充電中に、DC/DCコンバータを起動することによって補機バッテリを充電することが可能である。ただし、特許文献4では、補機バッテリの電圧レベルは、電池ECUによって監視されるのではなく、メインバッテリの充電中に常時起動される充電ECUによって監視される。そして、充電ECUは、補機バッテリの電圧レベルが予め設定されたしきい値を下回ると、DC/DCコンバータの起動を指示することが記載されている。
メインバッテリ(主蓄電装置)の残容量が十分であるにもかかわらず、補機バッテリ(副蓄電装置)の電圧低下によって車両走行が不能になる事態を回避するためには、車両の運転停止状態においても、補機バッテリの出力電圧(残容量)を監視するとともに、補機バッテリの電圧低下時にはメインバッテリの電力によって補機バッテリを充電する制御が必要となる。
しかしながら、車両運転停止が長期間継続した場合に、補機バッテリの出力電圧(残容量)を常時監視する構成とすれば、制御系での継続的な電力消費によって、メインバッテリを含む車両全体での蓄積電力(残容量)が低下してしまい、車両起動に支障が生じることが懸念される。
この発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであって、電動車両の運転停止状態中における電力消費を抑制した上で、制御系の電源である副蓄電装置の充電制御を行うことによって、正常な車両起動性を確保するための電源システムの構成を提供することである。
この発明によれば、車両駆動パワーを発生するモータを搭載した電動車両の電源システムであって、主蓄電装置および副蓄電装置と、電圧変換器と、第1の制御装置とを備える。主蓄電装置は、モータに対して入出力される電力を蓄電する。副蓄電装置は、主蓄電装置よりも出力電圧が低い。電圧変換器は、主蓄電装置の出力電圧を副蓄電装置の出力電圧レベルに変換して副蓄電装置へ出力するように構成される。第1の制御装置は、副蓄電装置からの電力によって動作して、主蓄電装置および副蓄電装置の充電状態を監視するとともに、電圧変換器の動作および停止を制御する。そして、第1の制御装置は、車両運転状態では常時動作するとともに副蓄電装置の出力電圧を目標電圧に維持するために電圧変換器を常時動作させる一方で、電動車両のキーオフ状態では、間欠的に動作するとともに、動作時には副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、電圧変換器を動作させることによって主蓄電装置の電力による副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される。
この発明による電動車両の電源システムの制御方法において、電源システムは、上記の主蓄電装置および副蓄電装置と、電圧変換器と、第1の制御装置とを含む。そして、制御方法は、電動車両のキーオフ状態において、第1の制御装置を間欠的に動作させるステップと、第1の制御装置の間欠動作時に副蓄電装置の出力電圧を取得するステップと、取得した出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、電圧変換器を動作させることによって主蓄電装置の電力による副蓄電装置の充電処理を実行するステップとを備える。
好ましくは、電源システムは、充電コネクタと、充電器と、第2の制御装置とをさらに備える。充電コネクタは、車両外部の外部電源と電気的にコンタクトするために設けられる。充電器は、充電コネクタへ供給された外部電源からの電力を主蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の制御装置は、副蓄電装置からの電力供給によって動作して、所定の外部充電条件の成立によってキーオフ状態から外部充電状態へ遷移したときに、外部電源からの電力によって主蓄電装置を充電するように充電器を制御するように構成される。そして、第1の制御装置は、外部充電状態では常時動作するとともに、副蓄電装置の出力電圧を目標電圧に維持するために電圧変換器を常時動作させる。
さらに好ましくは、第1の制御装置は、キーオフ状態での間欠動作時において、副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、外部電源からの電力供給が可能であるときには、電圧変換器を動作させるとともに、第2の制御装置および充電器の動作を要求することによって、外部電源からの電力により副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される。特に、第1の制御装置は、キーオフ状態での間欠動作時において、副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、外部電源からの電力供給が不能であるときには、電圧変換器を動作させることによって主蓄電装置の電力により副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される。
好ましくは、上記充電コネクタと、充電器と、第2の制御装置とをさらに含む電源システムにおいて、充電処理を実行するステップは、外部電源からの電力供給が可能な状態であるか否かを判定するステップと、外部電源からの電力供給が可能な状態であるときに、電圧変換器を動作させるとともに、第2の制御装置および充電器の動作を要求することによって、外部電源からの電力により副蓄電装置の充電処理を実行するステップと、外部電源からの電力供給が可能な状態ではないときに、電圧変換器を動作させることによって主蓄電装置の電力により副蓄電装置の充電処理を実行するステップとをさらに含む。
また好ましくは、電源システムは、副蓄電装置から動作電力を供給されるように構成された補機負荷をさらに備える。そして、第1の制御装置は、キーオフ状態での間欠動作時において、副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも高い場合であっても、副蓄電装置の電圧低下量および副蓄電装置の放電電流が所定レベルより大きいときには、外部電源からの電力または主蓄電装置の電力による副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される。あるいは、制御方法は、取得した出力電圧が所定電圧よりも高い場合であっても、副蓄電装置の電圧低下量および副蓄電装置の放電電流が所定レベルより大きいときには、副蓄電装置の充電処理を指示するステップをさらに備える。
あるいは好ましくは、第1の制御装置は、副蓄電装置の充電処理に際して、主蓄電装置の残容量が所定レベルより低いときには、主蓄電装置の電力による充電処理を非実行とするように構成される。または、充電処理を実行するステップは、主蓄電装置の残容量が所定レベルより低いときには、主蓄電装置の電力による充電処理を非実行とするステップを有する。
さらに好ましくは、第1の制御装置は、主蓄電装置の残容量が所定レベルより低いために充電処理を非実行としたときには、以降の間欠動作を中止してキーオフ状態の間停止を維持するように構成される。あるいは、充電処理を実行するステップは、主蓄電装置の残容量が所定レベルより低いために充電処理が非実行とされたときには、第1の制御装置の以降の間欠動作を中止して、キーオフ状態の間第1の制御装置の停止を維持するステップをさらに含む。
また好ましくは、第1の制御装置は、キーオフ状態での間欠動作時において、副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも高い場合に、間欠動作のたびに検出される副蓄電装置の出力電圧の推移に基づいて、副蓄電装置の劣化度合いを判定するように構成される。あるいは、制御方法は、取得した出力電圧が所定電圧よりも高い場合に、間欠動作のたびに検出される副蓄電装置の出力電圧の推移に基づいて、副蓄電装置の劣化度合いを判定するステップをさらに備える。
あるいは好ましくは、第1の制御装置は、キーオフ状態での間欠動作時において、判定した副蓄電装置の劣化度合いに基づいて、間欠動作の周期を設定するように構成される。または、制御方法は、判定した副蓄電装置の劣化度合いに基づいて、第1の制御装置の間欠動作の周期を設定するステップをさらに備える。
好ましくは、電源システムは、充電コネクタと、充電器と、充電リレーと、第2の制御装置と、メインリレーと、電力制御ユニットと、第3の制御装置とをさらに備える。充電コネクタは、車両外部の外部電源と電気的にコンタクトするために設けられる。充電器は、充電コネクタへ供給された外部電源からの電力を主蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。充電リレーは、充電器と主蓄電装置との間の接続および遮断を制御する。第2の制御装置は、副蓄電装置からの電力によって動作して、所定の外部充電条件の成立によってキーオフ状態から外部充電状態へ遷移したときに、外部電源によって主蓄電装置を充電するように充電器を制御するように構成される。メインリレーは、主蓄電装置と主電源配線との間の接続および遮断を制御する。電力制御ユニットは、車両運転状態時に、主電源配線とモータとの間での電力変換によってモータを駆動制御するように構成される。第3の制御装置は、副蓄電装置からの電力によって動作して、車両走行時に走行状態に応じてモータを駆動するために電力制御ユニットを制御するように構成される。そして、キーオフ状態において、メインリレーおよび充電リレーは開放されるとともに、第2の制御装置、第3の制御装置、充電器および、電力制御ユニットは停止される。
この発明によれば、電動車両の運転停止状態中における電力消費を抑制した上で、制御系の電源である副蓄電装置の充電制御を行うことによって、正常な車両起動性を確保することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
図1は、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムの構成を示すブロック図である。
図1を参照して、電動車両100は、メインバッテリ10と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)20と、モータジェネレータ30と、動力伝達ギア40と、駆動輪50と、複数のECUから構成される制御装置とを備える。
制御装置を構成するECUとして、図1には、車両運転時に電動車両100の動作を制御するためのHV−ECU80と、PCU20の動作を制御するためのMG−ECU81と、外部充電動作を制御するためのPLG−ECU82と、メインバッテリ10および補機バッテリ70の充電状態を管理・制御するためのBAT−ECU85とが例示される。
なお、各ECUは、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ECU80の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
メインバッテリ10は、「主蓄電装置」に対応し、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ10の出力電圧は200V程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せによって、主蓄電装置を構成してもよい。
PCU20は、メインバッテリ10の蓄積電力を、モータジェネレータ30を駆動制御するための電力に変換する。たとえば、モータジェネレータ30は、永久磁石型の三相同期電動機で構成され、かつ、PCU20は、インバータ26を含むように構成される。
モータジェネレータ30の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア40を介して駆動輪に伝達されて電動車両100を走行させる。モータジェネレータ30は、電動車両100の回生制動動作時には、駆動輪50の回転力によって発電することができる。そしてその発電電力は、PCU20によってメインバッテリ10の充電電力に変換される。
また、モータジェネレータ30の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ30を協調的に動作させることによって、必要な電動車両100の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ10を充電することも可能である。
すなわち、電動車両100は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。
図示された電動車両100の構成から、モータジェネレータ30、動力伝達ギア40および、駆動輪50を除いた部分によって、「電動車両の電源システム」が構成される。以下では、電源システムの構成を詳細に説明する。
電力制御ユニット(PCU)20は、コンバータCNVと、平滑コンデンサC0と、インバータ26とを含む。
コンバータCNVは、電源配線153pの直流電圧VLと、電源配線154pの直流電圧VHとの間で直流電圧変換を行なうように構成される。
電源配線153pおよび接地配線153gは、システムメインリレーSMR1およびSMR2をそれぞれ介して、メインバッテリ10の正極端子および負極端子とそれぞれ電気的に接続される。平滑コンデンサC0は、電源配線154pに接続されて直流電圧を平滑する。同様に平滑コンデンサC1は電源配線153pに接続されて、直流電圧VLを平滑する。
コンバータCNVは、図1に示すように、電力用半導体スイッチング素子(以下、単に「スイッチング素子」とも称する)Q1,Q2と、リアクトルL1と平滑コンデンサC1とを含むチョッパ回路として構成される。スイッチング素子Q1,Q2にはそれぞれ逆並列ダイオードが接続されているため、コンバータCNVは、電源配線153pおよび電源配線154pの間で双方向の電圧変換を実行できる。あるいは、上アーム素子であるスイッチング素子Q1をオンに固定する一方で下アーム素子であるスイッチング素子Q2をオフに固定して、電源配線154pおよび153pの電圧を同一(VH=VL)とするように、コンバータCNVを動作させることもできる。
インバータ26は、一般的な三相インバータであるので、詳細な回路構成については図示を省略する。たとえば、各相に上アーム素子および下アーム素子を配置するとともに、各相での上下アーム素子の接続点がモータジェネレータ30の対応相の固定子コイル巻線と接続されるように、インバータ26は構成される。
電動車両100の走行時には、インバータ26は、各スイッチング素子がMG−ECU81によってオンオフ制御されることによって、電源配線154pの直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータ30へ供給する。あるいは、電動車両100の回生制動動作時には、インバータ26は、モータジェネレータ30からの交流電圧を直流電圧に変換して、電源配線154pへ出力するように、各スイッチング素子がMG−ECU81によってオンオフ制御される。
モータジェネレータ30の制御に関して、HV−ECU80およびMG−ECU81は階層的に構成されている。HV−ECU80は、走行状態に応じてモータジェネレータ30を駆動するための動作指令値を設定し、MG−ECU81は、HV−ECU80からの動作指令値に従ってモータジェネレータ30を駆動するように、PCU20を制御する。
電動車両100の電源システムは、さらに、低電圧系(補機系)の構成として、DC/DCコンバータ60と、補機バッテリ70と、電源配線155pと、リレーHVMR,PIMRと,補機負荷90とを含む。
補機バッテリ70は、電源配線155pおよび接地配線の間に接続される。補機バッテリ70は、「副蓄電装置」に対応し、たとえば、鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ70の出力電圧Vsは、低電圧系の電源電圧に相当する。この電源電圧の定格は、メインバッテリ10の出力電圧よりも低く、たとえば12V程度である。
BAT−ECU85は、メインバッテリ10および補機バッテリ70の充電状態を監視する。メインバッテリ10の充電状態は、満充電状態を100(%)とした残容量の比率(%)であるSOC(State Of Charge)で管理されることが一般的である。また、補機バッテリ70の充電状態は、一般的には、出力電圧Vsにより管理される。メインバッテリ10および補機バッテリ70の充電状態は、BAT−ECU85から、HV−ECU80およびPLG−ECU82へ通信可能である。さらに、BAT−ECU85は、DC/DCコンバータ60の動作/停止を制御する。
DC/DCコンバータ60は、メインバッテリ10の出力電圧を降圧して、補機バッテリ70の出力電圧レベルの直流電圧Viに変換するように構成される。DC/DCコンバータ60の出力定格電圧Viは、補機バッテリ70を充電できるように設定される。したがって、BAT−ECU85によるDC/DCコンバータ60の動作時には、補機バッテリ70の出力電圧Vsが一定になるように、必要に応じて、メインバッテリ10の電力によって補機バッテリ70が充電される。
DC/DCコンバータ60は、代表的には、半導体スイッチング素子(図示せず)を含むスイッチングレギュレータであり、公知の任意の回路構成を適用することができる。DC/DCコンバータ60の出力側は、電源配線155pと接続される。DC/DCコンバータ60の入力側は、メインバッテリ10の正極端子および負極端子と電気的に接続される。
電源配線155pには、低電圧系の補機負荷90が接続される。補機負荷90は、たとえば、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器(ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等)等を含む。これらの補機負荷は、ユーザ操作に応じて動作することによって電力を消費する。
電源配線155pおよびHV−ECU80の間には、リレーHVMRが電気的に接続される。電源配線155pおよびPLG−ECU82の間には、リレーPIMRが電気的に接続される。なお、図示は省略しているが、HV−ECU80およびPLG−ECU82について、起動処理のために必要な最小限の回路要素については、リレーHVMR,PIMRを介することなく補機バッテリ70から常時給電する一方で、それ以外の回路要素についてはリレーHVMR,PIMRを介して給電する構成とすることによって、待機電力の削減が図られている。
さらに、電動車両100の電源システムは、メインバッテリ10の外部充電のための外部充電システムとして、充電コネクタ105と、充電器110と、外部充電リレーCHR1,CHR2とを含む。PLG−ECU82は、動作時には、リレーPIMRを介して補機バッテリ70から給電される。PLG−ECU82は、外部充電システムの構成機器を制御する。
充電コネクタ105は、外部電源400と接続された状態である充電ケーブルの充電プラグ410と接続されることによって、外部電源400と電気的に接続される。なお、充電ケーブルには、外部電源400の充電経路を遮断するためのリレー405が内蔵されているものとする。一般的には、外部電源400は商用交流電源で構成される。
なお、図1に示す構成に代えて、外部電源400と電動車両100とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して、外部電源400から電動車両100へ電力を供給してもよい。このような外部充電を行なう場合でも、外部電源400からの供給電力を変換する充電器110以降の構成は共通化できる。
電源配線151は、充電コネクタ105および充電器110の間を電気的に接続する。充電器110は、電源配線151に伝達された、外部電源400からの交流電圧を、メインバッテリ10を充電するための直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、電源配線152pおよび接地配線152gの間へ出力される。充電器110は、出力電圧および/または出力電流のフィードバック制御により、PLG−ECU82からの制御指令に従って、メインバッテリ10を充電する。当該充電指令は、メインバッテリ10の状態、たとえば、SOCや温度に応じて設定される。
外部充電リレーCHR1は、電源配線152pおよびメインバッテリ10の正極の間に電気的に接続される。外部充電リレーCHR2は、接地配線152gおよびメインバッテリ10の負極の間に電気的に接続される。
外部充電リレーCHR1,CHR2、システムメインリレーSMR1,SMR2、およびリレーHVMR,PIMRの各々は、代表的には、図示しない励磁回路による励磁電流の供給時に閉成(オン)する一方で、励磁電流の非供給時には開放(オフ)される電磁リレーにより構成される。但し、通電経路の導通(オン)/遮断(オフ)を制御可能な開閉器であれば、任意の回路要素を各リレーとして使用することができる。
HV−ECU80は、システムメインリレーSMR1,SMR2のオンを指示するための制御指令SM1,SM2を生成する。PLG−ECU82は、外部充電リレーCHR1,CHR2のオンを指示するための制御指令SR1,SR2を生成する。制御指令SM1,SM2,SR1,SR2の各々に応答して、補機バッテリ70を電源として、対応するシステムメインリレーまたは外部充電リレーの励磁電流が発生される。制御指令SM1,SM2,SR1,SR2の非発生時には、対応するシステムメインリレーまたは外部充電リレーはオフ状態(開放)を維持される。リレーHVMR,PIMRのオンオフについても、後述するように、運転者によるキー操作や外部充電指示に応答して、適宜制御される。
本実施の形態による電動車両100では、車両状態を、「車両運転状態」、「キーオフ状態」および「外部充電状態」の3つに分類する。以下に、各状態間の遷移について説明する。
図2を参照して、電動車両100の電源状態には、OFF状態200と、ACC(アクセサリ)状態202と、IG−ON状態204と、READY−ON状態208と、外部充電時に設定されるCHR状態209とが存在する。
各電源状態間の遷移は、図示しないパワースイッチやブレーキペダルの操作に応じて主に制御される。すなわち、ユーザ操作に応答して、電源状態は遷移する。
OFF状態200は、電源システムのオフ状態(すなわち、車両のキーオフ状態)に相当し、この電源状態では、基本的には、車両搭載の各機器への電源供給が遮断される。ただし、一部のECU、あるいはECUのうちの起動制御部分等、最低限の対象へは、補機バッテリ70からの給電が継続される。また、一般に、照明機器類の一部を含むいくつかの機器は、OFF状態200においても、ユーザ操作によって動作可能に構成される。
ACC状態202では、ACCがオンされてオーディオ類やエアコン等のアクセサリ機器が給電されて動作可能となる。IG−ON状態204ではIGがオンされて、ACCオン時の給電対象に加えて、さらに車両走行に必要な機器類にも給電される。
たとえば、ブレーキペダル操作を伴わずにパワースイッチ(図示せず)が操作(押圧)されるごとに、電源状態は、OFF状態200からACC状態202(矢印210)、ACC状態202からIG−ON状態204(矢印212)の順に遷移する。
ブレーキペダル操作時にパワースイッチが操作されると、システムチェックが起動される。システムチェックでは、所定の走行条件が成立するとREADY−ON状態208が選択される(矢印214)。ただし、後述のように、外部充電時(CHR状態209)には、上記操作を行なってもREADY−ON状態208へは遷移できない。
READY−ON状態208では、図1に示したシステムメインリレーSMR1,SMR2がオンされ、かつ、PCU20の制御によりモータジェネレータ30を駆動可能な状態となっている。これにより、電動車両100は、アクセルペダルの操作に応じて走行可能な状態となる。
なお、OFF状態200、ACC状態202あるいはIG−ON状態204において、ブレーキペダルを踏みながらパワースイッチ(図示せず)を操作することにより、ACC,IGをオンするとともに、システムチェックを起動することも可能である。また、IG−ON状態204あるいはREADY−ON状態208にて、パワースイッチを操作した場合には、電源状態は、OFF状態200へ遷移する。
さらに、OFF状態200において、所定の充電開始条件が成立すると、矢印220で示すように、電源状態はCHR状態209へ遷移する。充電開始条件は、充電プラグ410が充電コネクタ105に正常に接続されているという条件を含む。さらに、ユーザ操作や所定の充電開始時刻となったことに応答して、手動あるいは自動の充電開始指示が発生することにより、矢印220で示す遷移が生じる。
なお、一旦CHR状態209となった後にパワースイッチを操作することによって、ACC状態202あるいはIG−ON状態204を選択することも可能である。すなわち、外部充電時にも、ACC状態202あるいはIG−ON状態204で使用可能となる機器類を動作させることができる。
ただし、上記システムチェックにおける所定の走行条件は、「外部充電状態(CHR状態209)でないこと」を含むものとする。したがって、矢印226に示すように、CHR状態209には、READY−ON状態208への遷移が禁止される。すなわち、CHR状態209およびREADY−ON状態208が、同時に選択されることはない。また、CHR状態209は、OFF状態200からのみ遷移可能であり、ACC状態202、IG−ON状態204、およびREADY−ON状態208から、CHR状態209への遷移は禁止される。
CHR状態209は、所定の充電終了条件の成立に応答して終了する。たとえば、充電終了条件は、ユーザ操作、メインバッテリ10のSOC、時刻、あるいは充電経過時間等に基づいて定めることができる。なお、充電コネクタ105に対する充電プラグ410の接続に異常が生じた場合には、強制的に外部充電が中止されるとともに、CHR状態209も終了される。
ACC状態202あるいはIG−ON状態204が選択された外部充電時には、CHR状態209が終了すると、電源状態は、ACC状態202あるいはIG−ON状態204に遷移する。ACC状態202およびIG−ON状態204が非選択である外部充電時には、CHR状態209が終了すると、電源状態は、OFF状態200へ遷移する。
このように、OFF状態200は「キーオフ状態(運転停止状態)」に対応し、CHR状態209は「外部充電状態」に対応する。また、READY−ON状態208は、「車両運転状態」に対応する。
再び図1を参照して、電動車両100の各車両状態における電源システムの動作を説明する。
車両運転状態では、リレーHVMRがオンされて、HV−ECU80およびMG−ECU81が動作する。BAT−ECU85は、車両運転状態では常時動作して、補機バッテリ70およびメインバッテリ10の充電状態を監視する。また、BAT−ECU85は、DC/DCコンバータ60を常時動作させる。このため、車両運転状態では、補機負荷90がユーザ操作に応じて動作する下で、補機バッテリ70の出力電圧Vsが一定になるように、メインバッテリ10の電力によって補機バッテリ70を充電することができる。
さらに、車両運転状態では、上述のように、システムメインリレーSMR1,SMR2がオンされることにより、車両走行システムが起動される。これにより、メインバッテリ10の出力電圧が、オン状態のシステムメインリレーSMR1,SMR2を経由して電源配線153pおよび接地配線153gに伝達される。PCU20は、メインバッテリ10と電気的に接続された電源配線153pとモータジェネレータ30との間での電力変換によって、モータジェネレータ30を駆動制御する。すなわち、メインバッテリ10の電力を用いて電動車両100は走行できる。
一方、車両運転状態では、外部充電システムは停止される。したがって、外部充電リレーCHR1,CHR2およびリレーPIMRがオフされるとともに、充電器110についても停止される。また、補機バッテリ70からPLG−ECU82への給電を制御するリレーPIMRについてもオフされた状態となる。したがって、外部充電システムの構成部品については、外部充電の動作のみを考慮して設計できる。
外部充電状態では、リレーPIMRがオンされてPLG−ECU82が動作するとともに、外部充電リレーCHR1,CHR2がオンされて、外部充電システムが起動される。これにより、オン状態の外部充電リレーCHR1,CHR2を経由して、外部電源400からの交流電力を充電器110によって変換した直流電圧により、メインバッテリ10が充電される。
また、BAT−ECU85は、車両運転状態と同様に常時動作して、補機バッテリ70およびメインバッテリ10の充電状態を監視する。また、BAT−ECU85は、DC/DCコンバータ60を常時動作させる。このため、外部充電状態では、補機負荷90がユーザ操作に応じて動作する下で、補機バッテリ70の出力電圧Vsが一定になるように、外部電源400からの電力によって補機バッテリ70を充電することができる。
一方で、外部充電状態では、リレーHVMRおよびシステムメインリレーSMR1,SMR2がオフされることにより、車両走行システムは完全に停止できる。HV−ECU80およびMG−ECU81も停止できる。さらに、オフ状態のシステムメインリレーSMR1,SMR2によって、電源配線153pおよび接地配線153gは、充電器110およびメインバッテリ10から電気的に切離される。したがって、車両走行システムの構成部品にメインバッテリ10の出力電圧が印加されないので、構成部品の耐久性および寿命が外部充電の影響によって変化することを防止できる。
すなわち、図1の構成において、BAT−ECU85は「第1の制御装置」に対応し、PLG−ECU82は「第2の制御装置」に対応し、HV−ECU80およびMG−ECU81は「第3の制御装置」に対応する。
キーオフ状態(運転停止状態)では、システムメインリレーSMR1,SMR2がオフされるとともに、リレーHVMR,PIMRもオフされる。すなわち、外部充電システムおよび車両走行システムの両方が停止される。
そして、キーオフ状態(図2のOFF状態200)から、ユーザ操作に応じて車両走行を開始するためには、補機バッテリ70の電力によって動作する各ECUを起動し、車両走行システムを起動する必要がある。このため、補機バッテリ70の出力電圧Vsが低下すると、車両走行システムを起動することができず、車両走行が不能となる虞がある。このようなケースでは、メインバッテリ10の残容量が確保されていても、車両起動が不能となってしまう。
したがって、HV−ECU80およびPLG−ECU82が停止するキーオフ状態においても、BAT−ECU85は動作させて、少なくとも補機バッテリ70の充電状態(出力電圧Vs)を監視する必要がある。その一方で、電動車両100が長期間放置されたときには、BAT−ECU85を常時動作させることによる電力消費が、メインバッテリ10および補機バッテリ70全体での蓄積電力(残容量)を低下させる可能性がある。
リレーHVMRは、キーオフ状態(OFF状態200)およびACC状態202ではオフされており、IG−ON状態204への遷移に応答してターンオンする。また、ACC状態202およびIG−ON状態204では、補機バッテリ70の電力によって機器類が動作する可能性が高いので、DC/DCコンバータ60およびBAT−ECU85については、車両運転状態と同様に常時動作させることが好ましい。これにより、補機バッテリ70の出力電圧Vsが一定になるように、メインバッテリ10の電力によって補機バッテリ70を充電することができる。
本実施の形態による電動車両の電源システムでは、BAT−ECU85は、キーオフ状態では、常時動作するのではなく、間欠的に動作する。すなわち、BAT−ECU85は、通常は、いわゆるスリープモードとされて、通常の制御動作を行うことなく消費電力が抑制された状態で待機する。そして、BAT−ECU85は、起動トリガに応答して間欠的に動作することによって、補機バッテリ70の充電状態(出力電圧Vs)の監視および充電制御を実行するように構成する。
以下では、図3〜図6のフローチャートを用いて、本実施の形態による電動車両の電源システムのキーオフ状態における制御動作を説明する。たとえば、図3のフローチャートによる一連の制御処理は、電動車両100のキーオフ状態時において所定間隔で実行される。
図3を参照して、ステップS100では、BAT−ECU85の起動条件が成立しているかどうかが判定される。この起動条件は、たとえば、前回のBAT−ECU85の動作終了から所定時間が経過したことにより成立する。たとえば、当該起動条件の成立に応答して起動トリガを発生すれば、起動トリガの発生に応答して、ステップS100がYES判定とされる。
起動条件の非成立時(S100のNO判定時)には、処理がステップS500に進められて、BAT−ECU85は、停止状態(スリープモード)を維持する。
起動条件の成立時には(S100のYES判定時)、ステップS110に処理が進められて、BAT−ECU85が起動する。これにより、BAT−ECU85は、補機バッテリ70およびメインバッテリ10の充電状態の監視、およびDC/DCコンバータ60の動作/停止の制御が実行可能な状態となる。
そして、BAT−ECU85は、ステップS120により、補機バッテリ70の充電状態(出力電圧Vs)およびメインバッテリ10の充電状態(SOC)を取得する。さらに、BAT−ECU85は、ステップS130に処理を進めて、補機バッテリ70の残容量が低下しているかどうかを判定する。代表的には、ステップS130の判定は、補機バッテリ70の出力電圧Vsが、所定の基準電圧よりも低下したか否かによって実行される。この基準電圧は、ECU等の各機器が正常に動作可能な下限電圧に対して適切なマージンを有するように定められる。
補機バッテリの出力電圧Vsが基準電圧よりも低下すると(S130のYES判定時)、BAT−ECU85は、ステップS200により、補機バッテリ70の充電処理を実行する。一方、補機バッテリの出力電圧Vsが基準電圧以上のときには(S130のNO判定時)、BAT−ECU85は、ステップS300に処理を進めて補機バッテリ70の劣化判定処理を実行するとともに、ステップS400により、ステップS300での劣化処理判定に基づいて次回の起動条件を設定する。
補機バッテリ充電処理(S200)または、補機バッテリ劣化判定処理(S300,S400)が終了すると、BAT−ECU85は、ステップS500により、再び停止状態(スリープモード)となって、間欠動作時の一連の処理が終了する。
起動条件が次回に成立するまでは、ステップS100がNO判定に維持されて、BAT−ECU85が停止状態に維持される。一方、起動条件が成立すると、ステップS100がYES判定されてステップS110以降の処理が実行されることにより、BAT−ECU85が間欠動作される。
図4は、図3に示した補機バッテリ充電処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
図4を参照して、BAT−ECU85は、ステップS210では、メインバッテリ10のSOCが、所定の基準値より高いかどうかを判定する。ステップS210における基準値は、メインバッテリ10が、補機バッテリ70を充電する余裕を有するか否かを判定するためのものである。したがって、補機バッテリ70を充電すればメインバッテリ10の電力による車両走行が困難になるような低SOC領域、もしくは、メインバッテリ10が劣化を引き起こすような低SOC領域では、ステップS210がNO判定となるように、基準値が設定される。
そして、メインバッテリ10に余裕があるとき(S210のYES判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS220に処理を進めて、DC/DCコンバータ60を起動する。これにより、メインバッテリ10の電力によって補機バッテリ70が充電される。
さらに、DC/DCコンバータ60による補機バッテリ70の充電中には、BAT−ECU85は、ステップS230により、補機バッテリ70の充電が完了したかどうかを逐次判定する。ステップS230による判定は、たとえば、補機バッテリ70の出力電圧Vsに基づいて実行される。
補機バッテリ70の充電完了まで(S230のNO判定時)、ステップS210,S220の動作が繰返し実行される。そして、BAT−ECU85は、補機バッテリ70の出力電圧Vsが上昇すると、補機バッテリ70の充電が完了したと判定して(S230がYES判定)、ステップS240により、DC/DCコンバータ60を停止する。これにより、補機バッテリ70の充電が終了する。
一方、メインバッテリに補機バッテリ70を充電する余裕がないとき(S210のNO判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS220をスキップしてステップS245へ処理を進める。これにより、DC/DCコンバータ60は停止され、メインバッテリ10による補機バッテリ70の充電は行なわれない。なお、一旦開始された補機バッテリ70の充電中に、メインバッテリ10のSOCが基準値より低下したとき、すなわち、S210,S220の繰返し処理中にS210がNO判定となったときにも、同様の処理によって、DC/DCコンバータ60が停止されて、補機バッテリ70の充電が強制的に終了される。
さらに、BAT−ECU85は、ステップS245により、間欠起動停止フラグをオンする。当該フラグのオン時には、図3のステップS100が強制的にNO判定とされる。
これにより、図3のフローチャートが起動される度にステップS500が実行されることになるので、キーオフ状態の間、BAT−ECU85の停止状態(スリープモード)が維持されることになる。
これにより、図3のフローチャートが起動される度にステップS500が実行されることになるので、キーオフ状態の間、BAT−ECU85の停止状態(スリープモード)が維持されることになる。
あるいは、図1に示したような外部充電可能な電動車両では、図3に示した補機バッテリ充電処理(S200)を図5に示すように構成してもよい。
図5を参照して、補機バッテリ充電処理(S200)が開始されると、BAT−ECU85は、まずステップS250により、外部充電が可能であるかどうかを判定する。
たとえば、外部電源400によるメインバッテリ10の充電の完了後に、充電プラグ410の接続が維持されたままでCHR状態209が終了している場合には、外部電源400から電力供給を受けることが可能であるので、「外部充電可能(S250がYES)」と判定される。
また、外部電源400と電動車両100とを電磁的に結合して非接触給電する構成では、外部電源側の一次コイルと車両側の二次コイルとが、電磁的結合による電力授受が可能な位置関係にあるか否かに基づいて、外部充電が可能であるかどうかを判定することができる。
BAT−ECU85は、外部充電が可能であるとき(S250のYES判定時)には、ステップS260に処理を進めて、DC/DCコンバータ60の起動を指示するとともに、外部充電システムの起動要求を発生する。これにより、外部電源400の供給電力を充電器110およびDC/DCコンバータ60によって変換することにより、補機バッテリ70を充電することができる。
BAT−ECU85は、ステップS260による補機バッテリ70の充電中には、ステップS270により、補機バッテリ70の充電が完了したか否かを判定する。ステップS270による判定は、図4のステップS230による判定と同等である。
そして、補機バッテリ70の充電が完了すると(S270のYES判定時)、BAT−ECU85は、ステップS280に処理を進めて、DC/DCコンバータ60を停止するとともに、外部充電システムの停止要求を発生する。これにより、補機バッテリ70の充電が終了するとともに、外部充電システムが再び停止される。
一方、外部充電が不能な状態のとき(S250のNO判定時)には、BAT−ECU85は、図4に示したステップS210〜S240の処理に従って、メインバッテリ10の電力による補機バッテリ70の充電処理を実行する。
次に、図3に示した補機バッテリ劣化判定処理(S300)について、図6を用いて説明する。
図6を参照して、BAT−ECU85は、補機バッテリ劣化判定処理が開始されると、ステップS310により、間欠動作毎に取得される補機バッテリ70の出力電圧Vsの推移に基づいて、補機バッテリ70の電圧低下量ΔVを算出する。電圧低下量ΔVは、異常値の除外やフィルタ処理を伴って算出されることが好ましい。
BAT−ECU85は、ステップS320により、算出した電圧低下量ΔVが所定レベルより大きいか否か判定する。電圧低下量ΔVが大きいとき(S320のYES判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS330に処理を進めて、補機バッテリ70の現在の放電電流Ibを取得する。補機バッテリ70に設けられた図示しない電流センサによって放電電流Ibを取得することができる。
さらに、BAT−ECU85は、ステップS340により、放電電流Ibが所定の判定値よりも大きいかどうかを判定する。そして、補機バッテリ70の放電電流Ibが大きとき(ステップS340のYES判定時)には、補機負荷90(たとえばヘッドライト等)の動作によって補機バッテリ70の残容量が急激に低下している状態であるので、BAT−ECU85は、ステップS345により、補機バッテリ70の充電処理を指示する。これにより、処理は、図3のステップS200へジャンプする。
一方、放電電流Ibが判定値以下であるとき(S340のNO判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS350により、間欠動作毎に取得される補機バッテリ70の出力電圧Vsの推移に基づいて、時間経過に対する電圧低下の傾きである電圧低下レートを算出する。たとえば、一定時間遡った期間内での出力電圧Vsの低下履歴に基づいて、電圧低下レートが求められる。
そして、BAT−ECU85は、ステップS360により、算出した電圧低下レートに基づいて、補機バッテリ70の劣化度を判定する。たとえば、劣化度を定量化した劣化パラメータ値が算出される。この判定は、補機バッテリ70の劣化が進行すると、同一レベルの暗電流の継続的な消費に対する出力電圧Vsの低下レートが大きくなる特性に基づくものである。すなわち、電圧低下レートが大きいほど、劣化度が大きいと判定されて、劣化パラメータ値が大きく算出される。
さらに、BAT−ECU85は、ステップS370により、ステップS360で判定された劣化度(劣化パラメータ値)が、所定より大きいかどうかを判定する。そして、劣化度が所定レベルより大きいとき(S370のYES判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS380により、補機バッテリ70の劣化度が大きいことをユーザに報知する。このユーザ報知は、たとえば、補機バッテリ70のメンテナンスや点検を促す警告メッセージとして出力される。一方、劣化度が所定レベル以下であるとき(S370のNO判定時)には、BAT−ECU85は、ステップS380によるユーザ報知を非実行とする。
一方、S310で算出された電圧低下量ΔVが所定レベル以下のとき(S320のNO判定時)には、BAT−ECU85は、S330〜S380の処理をスキップして、ステップS400へ処理を進める。
さらに、BAT−ECU85は、ステップS300による補機バッテリ劣化判定処理の終了に際して、ステップS400により、次回のBAT−ECU85の起動条件を設定する。
代表的には、起動条件は、間欠起動の周期Tcを示す。たとえば、電圧低下量ΔVが所定レベル以下(S320のNO判定時)のときには、周期Tcが所定のデフォルト値に設定される一方で、電圧低下量ΔVが所定レベルより大きいとき(S320のYES判定時)には、周期Tcは、デフォルト値よりも短く設定される。このとき、ステップS360で判定された劣化度(劣化パラメータ値)が大きいほど、周期Tcを短く設定することが好ましい。
以上説明したように、本発明の実施の形態による電動車両の電源システムによれば、いわゆるイグニッションスイッチのオフ状態に相当するキーオフ状態(運転停止状態)において、ECU(BAT−ECU85)を間欠動作させることによって、補機バッテリ70の消費電力を抑制しつつ、補機バッテリ70の監視および充電制御を行うことができる。これにより、電動車両の運転停止中における補機バッテリ70の出力電圧の低下をより確実に防止して、長期間の運転停止後にも正常な車両起動性を確保することができる。
そして、出力電圧が低下した補機バッテリ70の充電処理(S200)では、メインバッテリ10のSOCの余裕を確認してから補機バッテリ70を充電するので、補機バッテリ70の充電電力を供給することによって、メインバッテリ10が過放電されることを回避できる。また、外部充電可能な電動車両では、優先的に外部電源の電力を用いて補機バッテリ70を充電することにより(図4)、キーオフ状態における車両全体での蓄積電力を確保することができる。さらに、補機バッテリ70を充電する手段が存在しないときには、BAT−ECU85の間欠起動を中止して停止状態に維持するので、補機バッテリ70の監視および充電制御のために無用に電力が消費されることを回避できる。
さらに、補機バッテリ70の充電が不要であるときにも、間欠動作によって監視される補機バッテリ70の出力電圧Vsに基づいて、補機バッテリ70の劣化度を判定できる。さらに、BAT−ECU85の間欠動作周期を可変に設定することにより、補機バッテリ70の監視効果を維持しつつ、消費電力の削減を図ることができる。
なお、図3の処理において、補機バッテリ劣化判定処理(S300)については、省略することも可能である。
また、図1に示した構成では、キーオフ状態でも動作が必要である、メインバッテリ10、補機バッテリ70および、DC/DCコンバータ60に関する構成要素(特に、BAT−ECU85)を、外部充電システムおよび車両運転システムから切離して、各運転状態で共通に使用している。この結果、構成要素を重複して配置する必要がないので、低コスト化を図ることができる。
[変形例]
図1では、外部電源によって車載蓄電装置を充電可能な、いわゆるプラグインタイプの電動車両について例示した。しかしながら、本願発明は、プラグインタイプの電動車両に限定されるものではなく、外部充電システムを具備しない電動車両に対しても適用可能である。
図1では、外部電源によって車載蓄電装置を充電可能な、いわゆるプラグインタイプの電動車両について例示した。しかしながら、本願発明は、プラグインタイプの電動車両に限定されるものではなく、外部充電システムを具備しない電動車両に対しても適用可能である。
以下の変形例では、このような電動車両に適用される電源システムの構成について説明する。
図7は、本発明の実施の形態の第1の変形例による電動車両の電源システムの構成を示すブロック図である。
図7を参照して、第1の変形例では、図1に示した電動車両の電源システムの構成から、外部充電システムが取除かれている。そして、図7に示す電動車両の電源システムでは、図2に示した電源状態からCHR状態209が削除される。
BAT−ECU85は、車両運転状態では常時動作する一方で、キーオフ状態(OFF状態200)では、図3に示したフローチャートに従って間欠動作して、補機バッテリ70の充電制御を行うことができる。但し、図3のステップS200における補機バッテリ充電処理は、図4に示したステップS210〜S245の処理によって実行することができる。すなわち、図7の構成では、HV−ECU80により「第1の制御装置」が構成される。
あるいは、図8に示すようなBAT−ECU85を非配置とする構成によっても、外部充電システムを具備しない電動車両の電源システムにおいて、同様の効果を得ることができる。
図8を図7と比較して、図8に示す第2の変形例では、BAT−ECU85が非配置とされる。そして、DC/DCコンバータ60の制御回路61に補機バッテリ70の出力電圧Vsを監視する機能を持たせる。
さらに、DC/DCコンバータ60の制御回路61は、HV−ECU80との間で通信可能に構成されている。すなわち、HV−ECU80は、制御回路61に対して、DC/DCコンバータ60の動作/停止を指示することができる。また、HV−ECU80は、補機バッテリ70の出力電圧Vsおよびメインバッテリ10のSOCを監視することができるため、BAT−ECU85と同様のメインバッテリ10および補機バッテリ70の監視および充電制御の機能を有する。
図8に示した電動車両の電源システムでは、電動車両のキーオフ状態時には、HV−ECU80は基本的には停止状態とするとともに、制御回路61を、図1,7でのBAT−ECU85と同様に間欠動作させる。そして、制御回路61は、間欠動作する毎に補機バッテリ70の出力電圧Vsを監視するとともに、出力電圧Vsの低下を検知するとHV−ECU80の起動要求を発生するように構成する。
そして、起動要求に応答して作動したHV−ECU80が、図1,7でのBAT−ECU85と同様にメインバッテリ10のSOCを確認した上で、DC/DCコンバータ60を動作させることにより、図4の補機バッテリ充電処理と同等の処理を実現することができる。すなわち、図8の構成では、HV−ECU80および制御回路61により、「第1の制御装置」が構成される。
このように、図7および図8に示すような、外部充電システムを具備しない電動車両においても、キーオフ状態(運転停止状態)中に、ECUの間欠動作による補機バッテリ70の監視および充電制御を行うことができる。
また、図1の構成においても、DC/DCコンバータ60の制御回路61によって、補機バッテリ70の出力電圧Vsに基づいて、BAT−ECU85の起動要求を発生されることが可能である。この場合には、動作間隔(時間)ではなく出力電圧Vsに基づいて、BAT−ECU85が間欠動作することになる。ただし、この場合には、図3の処理において、補機バッテリ劣化判定処理(S300)は省略されて、補機バッテリ充電処理(S200)のみが実行される。
なお、本実施の形態およびその変形例において、電源配線153p以降(負荷側)の構成は、図示された構成に限定されるものではない。たとえば、PCU20の構成について、コンバータCNVを省略して、メインバッテリ10の出力電圧をそのままインバータ26の直流側電圧とすることも可能である。さらに、電源システムの負荷についても、車両駆動力を発生する構成を含めて任意の構成とすることができる。すなわち、本発明は、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車、および、エンジンを搭載したハイブリッド自動車を含めて、外部充電可能な蓄電装置と、当該蓄電装置の電力によって駆動可能に構成された車輪駆動力発生用の電動機を搭載した電動車両に対して、共通に適用することができる。
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説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味およ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。
本発明は、走行用モータ給電用の主蓄電装置(メインバッテリ)と、制御装置を含む補機給電用の副蓄電装置(補機バッテリ)とを搭載した電動車両に適用することができる。
10 メインバッテリ、26 インバータ、30 モータジェネレータ、40 動力伝達ギア、50 駆動輪、60 DC/DCコンバータ、61 制御回路、70 補機バッテリ、90 補機負荷、100 電動車両、105 充電コネクタ、110 充電器、152g,153g 接地配線、151,152p,153p,154p,155p 電源配線、200,202,204,208,209 電源状態、400 外部電源、405 リレー、410 充電プラグ、C0,C1 平滑コンデンサ、CHR1,CHR2 外部充電リレー、CNV コンバータ、HVMR,PIMR リレー(ECU給電)、L1 リアクトル、Q1,Q2 電力用半導体スイッチング素子、SM1,SM2,SR1,SR2 制御指令(リレー)、SMR1,SMR2 システムメインリレー、VH,VL 直流電圧、Vi 直流電圧(DC/DCコンバータ)、Vs 出力電圧(補機バッテリ)。
Claims (17)
- 車両駆動パワーを発生するモータ(30)を搭載した電動車両の電源システムであって、
前記モータに対して入出力される電力を蓄電するための主蓄電装置(10)と、
前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置(70)と、
前記主蓄電装置の出力電圧を前記副蓄電装置の出力電圧レベルに変換して前記副蓄電装置へ出力するように構成された電圧変換器(60)と、
前記副蓄電装置からの電力によって動作して、前記主蓄電装置および前記副蓄電装置の充電状態を監視するとともに、前記電圧変換器の動作および停止を制御するための第1の制御装置(85)とを備え、
前記第1の制御装置は、車両運転状態では常時動作するとともに前記副蓄電装置の出力電圧を目標電圧に維持するために前記電圧変換器を常時動作させる一方で、前記電動車両のキーオフ状態では、間欠的に動作するとともに、動作時には前記副蓄電装置の出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、前記電圧変換器を動作させることによって前記主蓄電装置の電力による前記副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される、電動車両の電源システム。 - 車両外部の外部電源(400)と電気的にコンタクトするための充電コネクタ(105)と、
前記充電コネクタへ供給された前記外部電源からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換するための充電器(110)と、
前記副蓄電装置からの電力供給によって動作して、所定の外部充電条件の成立によって前記キーオフ状態から外部充電状態へ遷移したときに、前記外部電源からの電力によって前記主蓄電装置を充電するように前記充電器を制御するための第2の制御装置(82)とをさらに備え、
前記第1の制御装置は、前記外部充電状態では常時動作するとともに、前記副蓄電装置の出力電圧を前記目標電圧に維持するために前記電圧変換器を常時動作させる、請求項1記載の電動車両の電源システム。 - 前記第1の制御装置は、前記キーオフ状態での間欠動作時において、前記副蓄電装置の出力電圧が前記所定電圧よりも低下した場合に、前記外部電源からの電力供給が可能であるときには、前記電圧変換器を動作させるとともに、前記第2の制御装置および前記充電器の動作を要求することによって、前記外部電源からの電力により前記副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される、請求項2記載の電動車両の電源システム。
- 前記第1の制御装置は、前記キーオフ状態での間欠動作時において、前記副蓄電装置の出力電圧が前記所定電圧よりも低下した場合に、前記外部電源からの電力供給が不能であるときには、前記電圧変換器を動作させることによって前記主蓄電装置の電力により前記副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される、請求項3記載の電動車両の電源システム。
- 前記副蓄電装置から動作電力を供給されるように構成された補機負荷(90)をさらに備え、
前記第1の制御装置(85)は、前記キーオフ状態での間欠動作時において、前記副蓄電装置の出力電圧(Vs)が前記所定電圧よりも高い場合であっても、前記副蓄電装置の電圧低下量および前記副蓄電装置の放電電流が所定レベルより大きいときには、外部電源からの電力または前記主蓄電装置の電力による前記副蓄電装置の充電処理を実行するように構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動車両の電源システム。 - 前記第1の制御装置(85)は、前記副蓄電装置の充電処理に際して、前記主蓄電装置の残容量(SOC)が所定レベルより低いときには、前記主蓄電装置の電力による前記充電処理を非実行とするように構成される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電動車両の電源システム。
- 前記第1の制御装置(85)は、前記主蓄電装置の残容量(SOC)が前記所定レベルより低いために前記充電処理を非実行としたときには、以降の間欠動作を中止して前記キーオフ状態の間停止を維持するように構成される、請求項6記載の電動車両の電源システム。
- 前記第1の制御装置(85)は、前記キーオフ状態での間欠動作時において、前記副蓄電装置の出力電圧(Vs)が前記所定電圧よりも高い場合に、前記間欠動作のたびに検出される前記出力電圧の推移に基づいて、前記副蓄電装置の劣化度合いを判定するように構成される、請求項1記載の電動車両の電源システム。
- 前記第1の制御装置(85)は、前記キーオフ状態での間欠動作時において、判定した前記副蓄電装置の劣化度合いに基づいて、間欠動作の周期を設定するように構成される、請求項8記載の電動車両の電源システム。
- 車両外部の外部電源(400)と電気的にコンタクトするための充電コネクタ(105)と、
前記充電コネクタへ供給された前記外部電源からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換するための充電器(110)と、
前記充電器と前記主蓄電装置(10)との間の接続および遮断を制御するための充電リレー(CHR1,CHR2)と、
前記副蓄電装置からの電力によって動作して、所定の外部充電条件の成立によって前記キーオフ状態から外部充電状態へ遷移したときに、前記外部電源によって前記主蓄電装置を充電するように前記充電器を制御するための第2の制御装置(82)と、
前記主蓄電装置(10)と主電源配線(153p)との間の接続および遮断を制御するメインリレー(SMR1,SMR2)と、
前記車両運転状態時に、前記主電源配線と前記モータ(30)との間での電力変換によって前記モータを駆動制御するように構成された電力制御ユニット(20)と、
前記副蓄電装置(70)からの電力によって動作して、前記車両運転状態時に走行状態に応じて前記モータ(30)を駆動するために前記電力制御ユニットを制御するための第3の制御装置(80,81)とをさらに備え、
前記キーオフ状態において、前記メインリレーおよび前記充電リレーは開放されるとともに、前記第2の制御装置、前記第3の制御装置、前記充電器および、前記電力制御ユニットは停止される、請求項1記載の電動車両の電源システム。 - 車両駆動パワーを発生するモータ(30)を搭載した電動車両の電源システムの制御方法であって、
前記電源システムは、
前記モータに対して入出力される電力を蓄電するための主蓄電装置(10)と、
前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置(70)と、
前記主蓄電装置の出力電圧を前記副蓄電装置の出力電圧レベルに変換して前記副蓄電装置へ出力するように構成された電圧変換器(60)と、
前記副蓄電装置からの電力によって動作して、前記主蓄電装置および前記副蓄電装置の充電状態を監視するとともに、前記電圧変換器の動作および停止を制御するための第1の制御装置(85)とを含み、
前記制御方法は、
前記電動車両のキーオフ状態において、前記第1の制御装置を間欠的に動作させるステップ(S100,S110)と、
前記第1の制御装置の間欠動作時に前記副蓄電装置の出力電圧(Vs)を取得するステップ(S120)と、
取得した前記出力電圧が所定電圧よりも低下した場合に、前記電圧変換器(60)を動作させることによって前記主蓄電装置の電力による前記副蓄電装置の充電処理を実行するステップ(S200)とを備える、電動車両の電源システムの制御方法。 - 前記電源システムは、
車両外部の外部電源(400)と電気的にコンタクトするための充電コネクタ(105)と、
前記充電コネクタへ供給された前記外部電源からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換するための充電器(110)と、
前記副蓄電装置からの電力供給によって動作して、所定の外部充電条件の成立によって前記キーオフ状態から外部充電状態へ遷移したときに、前記外部電源によって前記主蓄電装置を充電するように前記充電器を制御するための第2の制御装置(82)とをさらに備え、
前記充電処理を実行するステップ(S200)は、
前記外部電源からの電力供給が可能な状態であるか否かを判定するステップ(S250)と、
前記外部電源からの電力供給が可能な状態であるときに、前記電圧変換器を動作させるとともに、前記第2の制御装置および前記充電器の動作を要求することによって、前記外部電源からの電力により前記副蓄電装置の充電処理を実行するステップ(S260)と、
前記外部電源からの電力供給が可能な状態ではないときに、前記電圧変換器を動作させることによって前記主蓄電装置の電力により前記副蓄電装置の充電処理を実行するステップ(S210−S240)とをさらに含む、請求項11記載の電動車両の電源システムの制御方法。 - 前記電源システムは、
前記副蓄電装置から動作電力を供給されるように構成された補機負荷(90)をさらに含み、
前記制御方法は、
取得した前記出力電圧が前記所定電圧よりも高い場合であっても、前記副蓄電装置の電圧低下量および前記副蓄電装置の放電電流が所定レベルより大きいときには、前記副蓄電装置(70)の充電処理を指示するステップ(S345)をさらに備える、請求項11または12に記載の電動車両の電源システムの制御方法。 - 前記充電処理を実行するステップ(S200)は、
前記主蓄電装置の残容量(SOC)が所定レベルより低いときには、前記主蓄電装置の電力による前記充電処理を非実行とするステップ(S210)を有する、請求項11または12に記載の電動車両の電源システムの制御方法。 - 前記充電処理を実行するステップ(S200)は、
前記主蓄電装置の残容量(SOC)が前記所定レベルより低いために前記充電処理が非実行とされたときには、前記第1の制御装置(85)の以降の間欠動作を中止して、前記キーオフ状態の間前記第1の制御装置の停止を維持するステップ(S245)をさらに含む、請求項14記載の電動車両の電源システムの制御方法。 - 取得した前記出力電圧が前記所定電圧よりも高い場合に、前記間欠動作のたびに検出される前記副蓄電装置の出力電圧の推移に基づいて、前記副蓄電装置の劣化度合いを判定するステップ(S300)をさらに備える、請求項11記載の電動車両の電源システムの制御方法。
- 判定した前記副蓄電装置の劣化度合いに基づいて、前記第1の制御装置の間欠動作の周期を設定するステップ(S400)をさらに備える、請求項16記載の電動車両の電源システムの制御方法。
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