JP5876400B2

JP5876400B2 - 電力供給装置および車両

Info

Publication number: JP5876400B2
Application number: JP2012233642A
Authority: JP
Inventors: 光谷　典丈; 典丈光谷; 岡本　昇平; 昇平岡本; 大介岡嶋
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: JP2014087153A

Description

本発明は、電力供給装置および車両に関し、特に、外部に電力を供給するために蓄電装置から供給される電力を変換する変換器を有する電力供給装置または車両における異常を検出する技術に関する。

環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源などの車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）により充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）する技術が提案されている。

このような外部充電が可能な車両の利用方法の１つとして、特開２０１０−９３８９１号公報（特許文献１）の図１に示されるように、直流電力を交流電力に変換し、車両から逆に外部負荷へ交流電力を供給することも検討されている。

特開２０１０−９３８９１号公報

車両内で発生し得る種々の故障を効率良く修理するためには、一般的に、車載コンピュータ等を用いて自動で車両内の異常を検出するとともに、異常部位を特定することが有効である。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電装置からの電力を供給可能な構成における異常を詳細に検出することである。

ある実施例において、蓄電装置に蓄えられた電力を外部に供給する電力供給装置は、蓄電装置から供給される電力を変換する変換器と、変換器に指令を与える制御ユニットと、変換器の出力側において電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出結果を制御ユニットに伝えるセンサとを備える。変換器は、制御ユニットと変換器とを接続する信号線を介して、駆動時に信号を制御ユニットに送信する。制御ユニットは、制御ユニットが変換器に駆動指令を与え、かつセンサによって電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方が検出された状態において、信号を受信しないと、信号線の断線を検出する。

この構成によると、変換器に駆動指令が与えられ、かつセンサにより変換器から電力が出力されていることが確認されているにも関わらず、変換器の駆動時に出力されるべき信号が得られないという論理矛盾から、制御ユニットと変換器とを接続する信号線の断線を検出できる。

別の実施例において、制御ユニットは、信号線の断線を検出すると、変換器に停止指令を与える。

この構成によると、変換器の駆動状態を正確に把握することができない場合に変換器を停止させることにより、変換器を誤作動させることを防ぐことができる。

別の実施例において、制御ユニットは、制御ユニットが変換器に駆動指令を与えた状態において、センサによって電圧および電流のいずれも検出されないと、変換器に駆動指令を再び与える。

この構成によると、変換器が指令通りに駆動しない場合には、再度駆動を試みることにより、例えばノイズの影響で駆動指令が正しく変換器に伝達されなかった場合においても、変換器を駆動させることができる。

別の実施例において、インレットを介して外部から供給された電力を第１の変換器により変換し、変換された電力を蓄電装置に向けて出力する車両は、第１の変換器と並列に接続され、蓄電装置から供給される電力を変換し、変換した電力をインレットに向けて出力する第２の変換器と、第２の変換器に指令を与える制御ユニットと、第１の変換器の入力側において電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出結果を制御ユニットに伝えるセンサとを備える。第２の変換器は、制御ユニットと第２の変換器とを接続する信号線を介して、駆動時に信号を制御ユニットに送信する。制御ユニットは、制御ユニットが第２の変換器に駆動指令を与え、かつセンサによって電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方が検出された状態において、信号を受信しないと、信号線の断線を検出する。

この構成によると、第２の変換器に駆動指令が与えられ、かつセンサにより第２の変換器から電力が出力されていることが確認されているにも関わらず、第２の変換器の駆動時に出力されるべき信号が得られないという論理矛盾から、制御ユニットと第２の変換器とを接続する信号線の断線を検出できる。

車両、給電スタンドおよび家屋を示す図である。車両のインレットに充電ケーブルを接続した状態を示す図である。車両のインレットに給電コネクタを接続した状態を示す図である。放電装置からＰＬＧ−ＥＣＵに送信される駆動状態信号を示す図である。放電装置とＰＬＧ−ＥＣＵとを接続する信号線が遮断されたときの駆動状態信号を示す図である。放電装置の駆動を再試行するときの駆動指令を示す図である。ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２ならびにＰＭ−ＥＣＵ１６０が実行する処理を示すフローチャートである。

以下、本発明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。なお、図中同一また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。

図１を参照して、一例として、車両１００には、充電スタンド２００および家屋３００を介して商用電源５００から電力が供給される。本実施の形態においては、家屋３００を介して商用電源５００から供給される交流電流により車両の１００のバッテリ１１０が充電される。家屋３００に設置されたバッテリ（図示せず）から供給される直流電流によりバッテリ１１０を充電するようにしてもよい。

充電スタンド２００は、充電ケーブル２０２、充電コネクタ２０４とを含む。充電ケーブル２０２の一端は充電スタンド２００に接続され、他端には充電コネクタ２０４が設けられる。図１に示すように、充電コネクタ２０４は、車両に接続される。

充電コネクタ２０４が車両１００に接続された状態において、充電スタンド２００は、商用電源５００から車両に電力を供給する。一例として、充電スタンド２００は、家屋３００の分電盤３０２に電気的に接続される。分電盤３０２は、商用電源５００に接続される。

図２を参照して、車両１００について説明する。車両１００は、バッテリ１１０と、リレー１１２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、エンジン１３２と、減速機１４０と、駆動輪１５０とを備える。

バッテリ１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などである。バッテリ１１０の代わりにキャパシタを用いてもよい。

バッテリ１１０は、リレー１１２を介してＰＣＵ１２０に接続される。バッテリ１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、バッテリ１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄える。バッテリ１１０の電圧はたとえば２００Ｖ程度である。

バッテリ１１０とＰＣＵ１２０との間のリレー１１２が開くことにより、バッテリ１１０が車両１００の電気回路から遮断される。一方、リレー１１２が閉じることにより、バッテリ１１０が車両１００の電気回路に接続され、バッテリ１１０への充電およびバッテリ１１０からの放電が可能になる。リレー１１２の開閉動作は、ＰＭ（Power Management）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１６０により制御される。

ＰＣＵ１２０は、バッテリ１１０からの電源電圧を昇圧するためのコンバータや、コンバータにより昇圧された直流電力を、モータジェネレータ１３０を駆動するための交流電力に変換するためのインバータなどを含む。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動モータである。モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機１４０を介して駆動輪１５０に伝達される。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。発電電力は、ＰＣＵ１２０によってバッテリ１１０の充電電力に変換される。ＰＣＵ１２０はＰＭ−ＥＣＵ１６０によって制御される。

なお、図２においては、モータジェネレータが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。

エンジン１３２は、一例として周知の内燃機関である。本実施の形態において、エンジン１３２は、バッテリ１１０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）がしきい値以下になると運転される。エンジン１３２を運転した場合、モータジェネレータ１３０に発電させることができる。

なお、エンジン１３２が搭載されていない車両に本願発明を適用してもよい。
車両１００は、さらに、充電装置１７０と、インレット１７２とを備える。充電装置１７０は、商用電源５００からの電力によってバッテリ１１０を充電するための装置である。充電装置１７０は、商用電源５００から供給される交流電力を直流電流に変換するとともに、電圧を所望の電圧に変換（昇圧、もしくは降圧）して、バッテリ１１０に向けて出力する。充電装置１７０は、インレット１７２に接続される。

インレット１７２は、車両１００の外表面に設けられる。インレット１７２には、充電ケーブル２０２の充電コネクタ２０４が接続される。したがって、インレット１７２は、商用電源５００に、充電ケーブル２０２を介して接続される。

充電装置１７０とインレット１７２との間、すなわち充電装置１７０の入力側には、電圧センサ１７４が設けられる。電圧センサ１７４は、充電装置１７０への入力電圧を検出し、検出結果をＰＬＧ−ＥＣＵ１６２に伝える。充電装置１７０はＰＬＧ−ＥＣＵ１６２によって制御される。

なお、ＰＭ−ＥＣＵ１６０とＰＬＧ−ＥＣＵ１６２とを一体的に形成してもよい。また、電圧センサ１７４の代わりにもしくは加えて、充電装置１７０への入力電流を検出する電流センサを設けてもよい。

充電装置１７０とリレー１１２との間には、充電リレー１１４が設けられる。バッテリ１１０の充電の際、充電リレー１１４が閉じられる。

車両１００は、さらに、放電装置１８０を備える。放電装置１８０は、車両１００から車両１００の外部の電子機器などに電力を供給するための装置である。一例として、放電装置１８０は、バッテリ１１０から放電された直流電流を交流電流に変換するとともに、電圧を所望の電圧に変換（昇圧、もしくは降圧）して、インレット１７２に向けて出力する。結果として、バッテリ１１０から放電された電力は、インレット１７２から車外に向けて出力される。一例として、インバータが放電装置１８０として用いられる。

図３に示すように、インレット１７２に接続される給電コネクタ２０６を介して、車外の電気機器２０８に対して車両１００から電力が供給される。一例として、給電コネクタ２０６に設けられたコンセントに電気機器２０８のケーブルの先端にあるプラグ２１０が差し込まれる。なお、車内に外部給電用のコンセントを設けるようにしてもよい。

図２，３に示すように、充電装置１７０と放電装置１８０とは並列に接続される。具体的には、放電装置１８０の入力側（入力端子）がリレー１１２と充電リレー１１４との間に接続される。放電装置１８０の出力側（出力端子）がインレット１７２と電圧センサ１７４との間に接続される。したがって、電圧センサ１７４は、放電装置１８０の出力側においても電圧を検出し得る。

インレット１７２（ならびに電圧センサ１７４）と、放電装置１８０との間には、放電リレー１１６が設けられる。バッテリ１１０に蓄えられた電力を車両１００から外部に向けて供給する際、放電リレー１１６が閉じられる。放電リレー１１６の代わりにダイオードを設けるようにしてもよい。

充電装置１７０、充電リレー１１４、放電装置１８０、放電リレー１１６は、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２により制御される。一例として、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２は、充電装置１７０、充電リレー１１４、放電装置１８０、放電リレー１１６の夫々に指令（信号）を与えることにより、充電装置１７０、充電リレー１１４、放電装置１８０、放電リレー１１６を個別に制御する。

放電装置１８０は、駆動時において、放電装置１８０とＰＬＧ−ＥＣＵ１６２とを接続する信号線１８２を介して、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２に信号（以下、駆動状態信号とも記載する）を送信する。したがって、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２は、駆動状態信号を受信することにより放電装置１８０が駆動したことを把握できる。また、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２は、駆動状態信号を受信していないことにより、放電装置１８０が停止していることを把握できる。

放電装置１８０には、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２の他、ＰＭ−ＥＣＵ１６０からも指令が与えられる。例えば、後述するように、信号線１８２の断線が検出された場合、放電装置１８０としてのインバータのゲートを遮断する指令がＰＭ−ＥＣＵ１６０から放電装置１８０に与えられる。

図４，５を参照して、放電装置１８０とＰＬＧ−ＥＣＵ１６２とを接続する信号線１８２の遮断を検出する方法について説明する。

図４に示すように、時間ｔ１において放電リレー１１６が閉じられ、時間ｔ２においてＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が与えられると、異常がなければ、放電装置１８０が駆動し、放電装置１８０からＰＬＧ−ＥＣＵ１６２に駆動状態信号が送信される。この場合、放電装置１８０から電力が出力されるので、電圧センサ１７４において電圧が検出される（電圧がゼロよりも大きくなる）。

一方、電圧センサ１７４の出力から放電装置１８０の駆動を確認することができるにもかかわらず、図５に示すように、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２が駆動状態信号を受信していないと、放電装置１８０の駆動状態が論理的に矛盾している。この論理矛盾から、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２は、信号線１８２が断線していることを検出する。

ところで、放電装置１８０ならびに信号線１８２が正常であった場合であっても、ノイズ等の影響により、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から発せられた駆動指令が放電装置１８０に正しく伝達されない場合もあり得る。この場合、本実施の形態においては、図６に示すように、所定の回数（例えば偶数回）以下の範囲で、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が再び与えられ、放電装置１８０の駆動が再試行される。

図７を参照して、本実施の形態においてＰＬＧ−ＥＣＵ１６２ならびにＰＭ−ＥＣＵ１６０が実行する処理について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＰＭ−ＥＣＵ１６０が、放電装置１８０にゲートの遮断を解除する。さらに、Ｓ１０２にて、放電リレー１１６が閉じられる。その後、Ｓ１０４にて、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が与えられる。

その後、受信されるべき駆動状態信号が受信されていないが（Ｓ１０６にてＮＯ）、電圧センサ１７４において電圧が検出されていると（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、Ｓ１１０にて、信号線１８２の断線が検出される。信号線１８２の断線はＰＬＧ−ＥＣＵ１６２内のメモリにおいて履歴として記憶される。

信号線１８２の断線が検出されたことに伴い、Ｓ１１２にて、放電装置１８０のゲートを遮断する指令がＰＭ−ＥＣＵ１６０から放電装置１８０に与えられる。さらに、Ｓ１１４にて、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に停止指令が与えられる。その後、Ｓ１１６にて、放電リレー１１６が開かれる。

一方、電圧センサ１７４において電圧が検出されていないと（Ｓ１０８にてＮＯ）、上述したＳ１０４においてＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が与えられてから所定の時間が経過した後に（Ｓ２００にてＹＥＳ）、Ｓ２０２にて、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が再び与えられる。

その後、Ｓ２０４にて、駆動状態信号に基づき、放電装置１８０が駆動したかどうかが判断される。放電装置１８０が駆動しないまま（Ｓ２０４にてＮＯ）、所定の時間が経過し（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、さらに、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が再び与えた回数が所定回数を超えると（Ｓ２０８にてＹＥＳ）、何等かの異常があると考えられるため、Ｓ１１２にて、放電装置１８０のゲートを遮断する指令がＰＭ−ＥＣＵ１６０から放電装置１８０に与えられる。さらに、Ｓ１１４にて、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に停止指令が与えられる。その後、Ｓ１１６にて、放電リレー１１６が開かれる。

一方、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２から放電装置１８０に駆動指令が再び与えた回数が所定回数未満であれば（Ｓ２０８にてＮＯ）、Ｓ２０２にて、放電装置１８０に駆動指令がさらに与えられる。

以上のように、本実施の形態によれば、放電装置１８０に駆動指令が与えられ、かつ電圧センサ１７４により放電装置１８０から電力が出力されていることが確認されているにも関わらず、放電装置１８０の駆動時に出力されるべき駆動状態信号が得られないという論理矛盾から、ＰＬＧ−ＥＣＵ１６２と放電装置１８０とを接続する信号線１８２の断線を検出できる。

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。

１００車両、１１０バッテリ、１１２リレー、１１６放電リレー、１６０ＰＭ−ＥＣＵ、１６２ＰＬＧ−ＥＣＵ、１７０充電装置、１７２インレット、１７４電圧センサ、１８０放電装置、１８２信号線、２０６給電コネクタ、２０８電気機器、２１０プラグ。

Claims

蓄電装置に蓄えられた電力を外部に供給する電力供給装置であって、
蓄電装置から供給される電力を変換する変換器と、
前記変換器に指令を与える制御ユニットと、
前記変換器の出力側において電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出結果を前記制御ユニットに伝えるセンサとを備え、
前記変換器は、前記制御ユニットと前記変換器とを接続する信号線を介して、駆動時に信号を前記制御ユニットに送信し、
前記制御ユニットは、前記制御ユニットが前記変換器に駆動指令を与え、かつ前記センサによって電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方が検出された状態において、前記信号を受信しないと、前記信号線の断線を検出する、電力供給装置。
前記制御ユニットは、前記信号線の断線を検出すると、前記変換器に停止指令を与える、請求項１に記載の電力供給装置。
前記制御ユニットは、前記制御ユニットが前記変換器に駆動指令を与えた状態において、前記センサによって電圧および電流のいずれも検出されないと、前記変換器に駆動指令を再び与える、請求項１に記載の電力供給装置。
インレットを介して外部から供給された電力を第１の変換器により変換し、変換された電力を蓄電装置に向けて出力する車両であって、
前記第１の変換器と並列に接続され、前記蓄電装置から供給される電力を変換し、変換した電力を前記インレットに向けて出力する第２の変換器と、
前記第２の変換器に指令を与える制御ユニットと、
前記第１の変換器の入力側において電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方を検出し、検出結果を前記制御ユニットに伝えるセンサとを備え、
前記第２の変換器は、前記制御ユニットと前記第２の変換器とを接続する信号線を介して、駆動時に信号を前記制御ユニットに送信し、
前記制御ユニットは、前記制御ユニットが前記第２の変換器に駆動指令を与え、かつ前記センサによって電圧および電流のうちの少なくともいずれか一方が検出された状態において、前記信号を受信しないと、前記信号線の断線を検出する、車両。