JP6160643B2 - 車両の電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、車両の電源システムに関し、より特定的には、車両外部の外部電源からの電力を用いて充電可能な車両の電源システムに関する。
近年、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により充電する技術が提案されている。
特開2011−160604号公報(特許文献1)には、このような車両において、車両外部からの充電経路に設けられたリレーの溶着診断を行なうことが開示されている。
特開2011−160604号公報 特開2013−247771号公報
特開2011−160604号公報では、リレーの溶着診断を行なうために、電圧センサを使用している。しかし、電圧センサの出力値が異常値を示した場合であっても、電圧センサ自身が故障している場合も考えられるので、状況によってはリレーの溶着故障なのか、電圧センサの異常なのかが不明となる可能性も有る。したがって、故障発生時の動作の制限範囲や修理時の交換部品などを決定するためには、さらに故障範囲を詳細に特定できたほうが望ましい。
この発明は、上記の課題を解決するためのものであって、その目的は、故障箇所の詳細な特定が可能となる車両の電源システムを提供することである。
この発明は、要約すると、車両の電源システムであって、蓄電装置と、車両電気負荷に電力を供給する電力線と、蓄電装置と電力線との間に接続されたシステムメインリレーと、直流インレットと、充電リレーと、電圧センサと、システムメインリレーおよび充電リレーを制御する制御装置とを備える。直流インレットは、蓄電装置に充電する直流電力を車外電源から受ける。充電リレーは、直流インレットと電力線との間に接続される。電圧センサは、直流インレットから充電リレーに至る経路の電圧を測定する。
制御装置は、システムメインリレーおよび充電リレーをともに導通させて車外電源から蓄電装置に充電を行なった後に、車外電源からの充電を終了させるとともに充電リレーをオフ制御した場合に電圧センサに判定値以上の電圧が検出されたときには、電圧センサに蓄電装置からの電圧が印加されない状態として、電圧センサに判定値以上の電圧が検出されるか否かをチェックする電圧センサチェックを実行する。
このように制御することによって、充電リレーの溶着と電圧センサの故障のいずれが発生したのかを特定することができる。
好ましくは、制御装置は、システムメインリレーをオフ制御することによって電圧センサに蓄電装置からの電圧が印加されない状態としてから、電圧センサに判定値以上の電圧が検出されるか否かをチェックする。
このように、電圧センサに蓄電装置からの電圧が印加されないようにする一方法として、システムメインリレーを遮断することが挙げられる。
好ましくは、制御装置は、システムメインリレーおよび充電リレーをともに導通させて車外電源から蓄電装置に充電を行なった後に、車外電源からの充電を終了させるとともに充電リレーをオフ制御した場合に電圧センサに判定値以上の電圧が検出されないときは、電圧センサチェックを実行せずに充電リレーのチェック結果を報知する。
このように制御することによって、電圧センサのチェックは、必要な場合に限り実行される。したがって、システムメインリレーのオフ制御などの回数を減らすことができ、リレーの接点の寿命を延ばすことができる。
好ましくは、充電リレーは、正極側リレーと、負極側リレーとを含み、制御装置は、正極側リレーと負極側リレーとを共にオフ状態に制御した場合に電圧センサに判定値以上の電圧が検出された場合には、電圧センサが正常であるか否かのチェックを実行する。
本発明によれば、リレーの溶着チェックを行なった際に、電圧センサの故障と区別して故障を判別することができる。
本実施の形態に従う車両100の全体ブロック図である。 充電リレーDCR−B,DCR−Gおよび電圧センサ14がすべて正常な時の状態を説明するための波形図である。 充電リレー片極(DCR−B)溶着時の状態を説明するための波形図である。 充電リレー片極(DCR−G)溶着時の状態を説明するための波形図である。 充電リレー両極(DCR−B,DCR−G)溶着時の状態を説明するための波形図である。 電圧センサ14の故障時の状態を説明するための波形図である。 制御装置30が実行する充電リレーの故障診断処理を説明するための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は、本実施の形態に従う車両100の全体ブロック図である。図1を参照して、車両100は、車外に設置されたDC急速充電スタンド200からDCインレット16を経由して蓄電装置2に充電が可能に構成されている。より具体的には、車両100は、蓄電装置2と、電圧センサ6,14と、システムメインリレーSMR−B,SMR−P,SMR−Gと、DCインレット16と、充電リレーDCR−B,DCR−Gと、コンデンサ8と、インバータ10と、モータジェネレータ12と、制御装置30とを含む。
蓄電装置2は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置2は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
蓄電装置2は、システムメインリレーSMR−B,SMR−P,SMR−Gおよび電力線を介してインバータ10に接続される。そして、蓄電装置2は、車両100の駆動力を発生させるための電力をインバータ10に供給する。インバータ10はモータジェネレータ12を駆動する。
システムメインリレーSMR−B,SMR−Gは、インバータ10に電力を供給する電力線PL,SLと蓄電装置2との間に介挿される。また、システムメインリレーSMR−Pは、直列に接続された抵抗4とともに、システムメインリレーSMR−Gに並列に接続される。そして、システムメインリレーSMR−B,SMR−G,SMR−Pは、制御装置30からの制御信号によってそれぞれ独立して制御され、蓄電装置2とインバータ10との間での電力の供給と遮断とを切替える。なお、抵抗4は、システムメインリレーを閉成する際に、コンデンサ8を充電するために急激に流れる突入電流を低減するための減流抵抗として機能する。
コンデンサ8は、平滑コンデンサであり、電力線PLと電力線SLとの間に接続される。コンデンサ8は、電力線PLと電力線SLとの間の電圧変動を低減する。
電圧センサ6は、コンデンサ8にかかる電圧VLを検出し、その検出結果を制御装置30へ出力する。
モータジェネレータ12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機である。モータジェネレータ12の出力トルクは、減速機などを介して駆動輪に伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ12は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪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、インバータ10によって蓄電装置2の充電電力に変換される。
なお、図1においては、走行用にモータジェネレータ12を1つ設ける電気自動車の例が示されるが、車両100は、モータジェネレータ12の他にエンジン(図示せず)や発電用のモータジェネレータが搭載されたハイブリッド自動車であってもよい。
充電リレーDCR−B,DCR−Gは、電力線PL,SLとDCインレット16の正極端子、負極端子との間にそれぞれ介挿される。電圧センサ14は、DCインレットの正極端子と負極端子との間の電圧VDCを検出して制御装置30に送信する。
以上のような構成の車両では、車外からDCインレット16に直接高電圧の直流電圧を入力可能であり、蓄電装置2に対して急速充電を行なうことが可能である。DC急速充電時には、DC急速充電スタンド200から充電電力を車両に供給するための充電ケーブルのコネクタ210がDCインレット16に接続される。
DC急速充電スタンド200などの直流電流を直接供給可能な外部電源と充電ケーブルを接続して充電する急速充電(DC急速充電)では、充電リレーDCR−B,DCR−Gに異常(例えば、溶着)が生じることがある。充電リレーDCR−B,DCR−Gに異常が生じると、DCインレット16の電極部に蓄電装置2の高電圧が露出してしまうおそれがあるため、充電リレーDCR−B,DCR−Gの故障診断をを定期的に行なっておく必要がある。
本実施の形態の車両100では、充電リレーDCR−B,DCR−Gの溶着診断を行なうために、電圧センサ14を使用している。しかし、電圧センサ14の出力値が異常値を示した場合であっても、電圧センサ14自身が故障している場合も考えられる。したがって、故障の発生状況によっては充電リレーDCR−B,DCR−Gの溶着故障なのか、電圧センサ14の異常なのかが不明となる可能性もある。
充電リレーDCR−B,DCR−Gまたは電圧センサ14に異常が検出された場合には、蓄電装置の充放電を停止して蓄電装置の電力を用いた車両走行を禁止するように制御することも考えられるが、車両走行ができなくなってしまう。このため、故障発生箇所が電圧センサ14であると特定できれば、故障修理のため修理工場への退避走行は許可することが可能となり、ユーザにとってより便利になる。また修理時に、電圧センサ14の故障であるのか充電リレーDCR−B,DCR−Gの故障であるのか特定できていれば、修理時間の短縮にもつながる。
以下、図2〜図6の波形図を用いて、本実施の形態の車両で実行される充電リレーDCR−B,DCR−Gおよび電圧センサ14の動作確認の処理を説明する。本実施の形態では、急速DC充電が終了したときに、充電リレーDCR−B,DCR−Gのチェックを行なっている。
図2は、充電リレーDCR−B,DCR−Gおよび電圧センサ14がすべて正常な時の状態を説明するための波形図である。図1、図2を参照して時刻t0では、充電リレーDCR−B,DCR−GがともにON状態に制御され、急速DC充電が実行されている。このときには、システムメインリレーSMR−B,SMR−GがともにON状態に制御され、電圧センサ14の電圧VDCおよび電圧センサ6の電圧VLとしては、ともに充電電圧が検出されている。なお、以下において、電圧センサに電圧が検出されている状態を「Hi」と表記し、電圧が検出されていない(電圧が0V付近となっている)状態を「Lo」と表記する。
また、急速充電中は、図1に詳細は図示しないがコネクタ部分において通信線も接続されており、CAN(Control Area Network)信号による通信が行なわれている。
時刻t1において、DC急速充電が終了すると、充電リレーDCR−B,DCR−GはOFF状態となるように制御される。このとき正常に制御が実行された場合には、DC急速充電スタンド200からは電圧が送られてきておらず、かつ充電リレーDCR−B,DCR−GのOFFによって、蓄電装置2の電圧も遮断されるため、時刻t1〜t3において、電圧センサ14で検出される電圧VDCはLo状態となる。
続いて、充電リレーDCR−Gの溶着チェックのため、時刻t3〜t4において、充電リレーDCR−BがON状態に制御される。これに応じて充電リレーDCR−Bが導通しても、充電リレーDCR−Gが溶着していなければ、時刻t3〜t4において、電圧VDCには変化は生じず、電圧VDCはLo状態である。
さらに、充電リレーDCR−Bの溶着チェックのため、時刻t5〜t6において、充電リレーDCR−GがON状態に制御される。これに応じて充電リレーDCR−Gが導通しても、充電リレーDCR−Bが溶着していなければ、時刻t5〜t6において、電圧VDCには変化は生じず、電圧VDCはLo状態である。
以上のように、時刻t1〜t6において、電圧VDCがLo状態であることが確認できたら、急速DC充電後の充電リレーの溶着チェックを終了して、コネクタ210をユーザが外すのを待つ状態となる。
このときには、システムメインリレーSMR−B.SMRGは強制的に遮断されることはないので、コネクタ210がDCインレット16から外されたことが確認できれば、必要であれば直ちに車両を走行させることができる。
図3は、充電リレー片極(DCR−B)溶着時の状態を説明するための波形図である。図3の波形図は、図2の波形図と比べて、時刻t5〜t6において、電圧VDCがLo状態ではなく、Hi状態に変化している点が異なる。これは、充電リレーDCR−Bに溶着故障が発生し、OFF状態に制御されていても導通しているため、充電リレーDCR−GをON状態に制御すると、蓄電装置2の電圧が電圧センサ14に出力されるためである。図3の他の部分の波形については、図2と同じであるので、説明は繰返さない。
このような波形が観測された場合、制御装置30は、時刻t3〜t4において電圧VDCがLo状態であり、かつ、時刻t5〜t6において電圧VDCがHi状態であることに基づいて、充電リレーDCR−Bに溶着故障が発生したと判断する。
図4は、充電リレー片極(DCR−G)溶着時の状態を説明するための波形図である。図4の波形図は、図2の波形図と比べて、時刻t3〜t4において、電圧VDCがLo状態ではなく、Hi状態に変化している点が異なる。これは、充電リレーDCR−Gに溶着故障が発生し、OFF状態に制御されていても導通しているため、充電リレーDCR−BをON状態に制御すると、蓄電装置2の電圧が電圧センサ14に出力されるためである。図4の他の部分の波形については、図2と同じであるので、説明は繰返さない。
このような波形が観測された場合、制御装置30は、時刻t3〜t4において電圧VDCがHi状態であり、かつ、時刻t5〜t6において電圧VDCがLo状態であることに基づいて、充電リレーDCR−Bに溶着故障が発生したと判断する。
図5は、充電リレー両極(DCR−B,DCR−G)溶着時の状態を説明するための波形図である。図5の波形図は、図2の波形図と比べて、時刻t1〜t7において、電圧VDCがLo状態ではなく、Hi状態に固定されている点が異なる。これは、充電リレーDCR−B,DCR−Gの両方に溶着故障が発生し、OFF状態に制御されていても導通しているため、充電リレーDCR−B,DCR−Gをどのように制御しても、蓄電装置2の電圧が電圧センサ14に出力されるためである。図5の時刻t0〜t7の他の部分の波形については、図2と同じであるので、説明は繰返さない。
このような波形が観測された場合、制御装置30は、時刻t1〜t3において電圧VDCがHi状態であることに基づいて、充電リレーDCR−B,DCR−Gの両方に溶着故障が発生したか、または出力がHi状態に固定されるように電圧センサ14が故障したかのいずれかであると判断する。
そこで、制御装置30は、時刻t7において、充電リレーDCR−B,DCR−Gに電圧が印加されないようにシステムメインリレーSMR−B,SMR−Gの両方(または、いずれか一方)をOFF状態に制御する。すると、図5では、電圧センサ6が検出する電圧VLがHi状態からLo状態に変化するとともに、電圧センサ14が検出する電圧VDCもHi状態からLo状態に変化している。このように、システムメインリレーSMR−B,SMR−GのOFF制御に応じて(または、電圧VLの変化と同時に)、電圧VDCが変化した場合には、制御装置30は、電圧センサ14は正常であり、充電リレーDCR−B,DCR−Gの両方に溶着故障が発生したと判断する。
図6は、電圧センサ14の故障時の状態を説明するための波形図である。図6の波形図は、図5の波形図と比べると、時刻t1〜t7において、同じ波形が観測されている。
このような波形が観測された場合、制御装置30は、時刻t1〜t3において電圧VDCがHi状態であることに基づいて、充電リレーDCR−B,DCR−Gの両方に溶着故障が発生したか、または出力がHi状態に固定されるように電圧センサ14が故障したかのいずれかであると判断する。
そこで、制御装置30は、時刻t7において、充電リレーDCR−B,DCR−Gに電圧が印加されないようにシステムメインリレーSMR−B,SMR−Gの両方(または、いずれか一方)をOFF状態に制御する。すると、図6では、電圧センサ6が検出する電圧VLがHi状態からLo状態に変化する一方で、電圧センサ14が検出する電圧VDCは、Hi状態まま変化していない。このように、システムメインリレーSMR−B,SMR−GのOFF制御にも拘らず、(または、電圧VLがLo状態に変化したにも拘らず、)電圧VDCがHi状態のまま変化しなかった場合には、制御装置30は、電圧センサ14が故障しており、充電リレーDCR−B,DCR−Gの故障ではないと判断する。
制御装置30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gおよび充電リレーDCR−B,DCR−Gをともに導通させて車外電源から蓄電装置2に充電を行なった後に、車外電源からの充電を終了させるとともに充電リレーDCR−B,DCR−Gをオフ制御した場合に電圧センサ14に判定値以上の電圧が検出されたときには(すなわち電圧VDCがHi状態であったときには)、図5、図6の時刻t7以降に示すように、電圧センサ14に蓄電装置2からの電圧が印加されない状態として、電圧センサ14に判定値以上の電圧が検出されるか否かをチェックする電圧センサチェックを実行する。
このように制御することによって、充電リレーDCR−B,DCR−Gの溶着と電圧センサ14の故障のいずれが発生したのかを特定することができる。
以上図2から図6で説明した故障診断処理をするために、制御装置30は以下のような制御を行なう。図7は、制御装置30が実行する充電リレーの故障診断処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、急速DC充電が開始されると、充電に並行して実行される。
図1、図7を参照して、まずステップS1において、制御装置30は、急速DC充電が終了したか否かを判断する。急速DC充電は、蓄電装置2の充電状態SOC(State Of Charge)が所定値に到達した場合や、ユーザがDC急速充電スタンド200に充電終了を指示した場合などに終了する。そして、制御装置30は、ユーザがコネクタ210を外す前にステップS2においてDC充電リレーDCR−B,DCR−Gの溶着チェックを実行する。
ステップS2の溶着チェックでは、図2〜図6の時刻t1〜t6に示したようなチェックが行なわれる。ステップS2における充電リレーの溶着チェックの結果について、ステップS3で異常の有無が判断される。ステップS3において、制御装置30は、異常があった場合には、ステップS4に処理を進め、異常が無ければステップS8に処理を進める。
ステップS4では、制御装置30は、DC充電リレーDCR−B,DCR−Gの両方の溶着(両極溶着)の可能性が有るか否かが判断される。両極溶着の可能性が有ると判断される場合とは、図5および図6で説明したように、時刻t1〜t6において、電圧VDCがHi状態に固定されている場合である。
ステップS4において、制御装置30は、両極溶着の可能性があった場合には、ステップS5に処理を進め、両極溶着の可能性が無ければステップS8に処理を進める。
ステップS5では、制御装置30は、DC充電リレーDCR−B,DCR−Gに蓄電装置2からの電圧が印加されない状態とするために、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gの少なくとも一方、または両方をOFF状態に制御する。そしてステップS6において、コネクタ210のインレット16への接続があるか(または、CAN信号があるか)が判断される。
コネクタ210のインレット16への接続が無い場合、(または、CAN信号が無い場合)には、DC急速充電スタンド200から電圧センサ14への電圧印加が無い状態である。このような場合(ステップS6でNO)、制御装置30はステップS7に処理を進めて、電圧VDCを検出する電圧センサ14のチェックを実行する。具体的には、制御装置30は、図5、図6の時刻t7で示した状態において、電圧VDCがHi状態であるかLo状態であるかを確認する。図6で説明したように電圧VDCがHi状態であれば、電圧センサ14のHi固定故障であり、図5で説明したように電圧VDCがLo状態であれば、DC充電リレーDCR−B,DCR−Gの両極溶着故障であると故障が特定される。
そしてステップS8において、チェック結果がユーザに報知される。なお、直ちに報知する代わりに、チェック結果を不揮発性メモリなどに記憶しても良い。記憶された内容は、後から故障を特定する場合に読み出される。
チェック結果は、ステップS3においてNOと判断された場合は、「異常なし」であり、ステップS4でNOと判断された場合は、「片極溶着故障」であり、ステップS7のチェックが実行された場合は、「両極溶着故障」または「電圧センサ14故障」である。
ステップS8においてチェック結果がユーザに報知された後にステップS9に処理が進められ、このフローチャートの処理は終了する。
以上説明したように、制御装置30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gおよび充電リレーDCR−B,DCR−Gをともに導通させて車外電源から蓄電装置2に充電を行なった後に、車外電源からの充電を終了させる(S1でYES)。このときに充電リレーDCR−B,DCR−Gをオフ制御した場合(S2)に電圧センサ14に判定値以上の電圧が検出されたときには(S3,S4でYES)、制御装置30は、電圧センサ14に蓄電装置2からの電圧が印加されない状態(S5)として、電圧センサ14に判定値以上の電圧が検出されるか否かをチェックする電圧センサチェック(S7)を実行する。
このように制御することによって、充電リレーDCR−B,DCR−Gの溶着と電圧センサ14の故障のいずれが発生したのかを特定することができる。
好ましくは、制御装置30は、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gおよび充電リレーDCR−B,DCR−Gをともに導通させて車外電源から蓄電装置2に充電を行なった後に、車外電源からの充電を終了させる(S1でYES)。このときに充電リレーDCR−B,DCR−Gをオフ制御した場合に電圧センサ14に判定値以上の電圧が検出されないときは(S3でNO)、制御装置30は、電圧センサチェック(S7)を実行せずに充電リレーDCR−B,DCR−Gのチェック結果を報知する(S8)。
このように制御することによって、電圧センサ14のチェックは、必要な場合に限り実行される。したがって、システムメインリレーSMR−B,SMR−Gのオフ制御などの回数を減らすことができ、リレーの接点の寿命を延ばすことができる。
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。
2 蓄電装置、4 抵抗、6,14 電圧センサ、8 コンデンサ、10 インバータ、12 モータジェネレータ、16 インレット、30 制御装置、100 車両、200 急速充電スタンド、210 コネクタ、DCR−B,DCR−G 充電リレー、PL,SL 電力線、SMR−B,SMR−G,SMR−P システムメインリレー。

Claims (5)

  1. 蓄電装置と、
    車両電気負荷に電力を供給する電力線と、
    前記蓄電装置と前記電力線との間に接続されたシステムメインリレーと、
    前記蓄電装置に充電する直流電力を車外電源から受けるための直流インレットと、
    前記直流インレットと前記電力線との間に接続された充電リレーと、
    前記直流インレットから前記充電リレーに至る経路の電圧を測定する電圧センサと、
    前記システムメインリレーおよび前記充電リレーを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記システムメインリレーおよび前記充電リレーをともに導通させて前記車外電源から前記蓄電装置に充電を行なった後に、前記車外電源からの充電を終了させるとともに前記充電リレーをオフ制御した場合に前記電圧センサに判定値以上の電圧が検出されたときには、前記システムメインリレーをオフ制御することによって前記電圧センサに前記蓄電装置からの電圧が印加されない状態として、前記電圧センサに前記判定値以上の電圧が検出されるか否かをチェックする電圧センサチェックを実行する、車両の電源システム。
  2. 前記制御装置は、前記電圧センサチェックの結果、前記判定値以上の電圧が前記電圧センサの故障のためであることが特定できた場合、前記車両に退避走行を許可する、請求項1に記載の車両の電源システム。
  3. 前記制御装置は、前記システムメインリレーおよび前記充電リレーをともに導通させて前記車外電源から前記蓄電装置に充電を行なった後に、前記車外電源からの充電を終了させるとともに前記充電リレーをオフ制御した場合に前記電圧センサに判定値以上の電圧が検出されないときは、前記電圧センサチェックを実行せずに前記充電リレーのチェック結果を報知する、請求項1に記載の車両の電源システム。
  4. 前記充電リレーは、
    正極側リレーと、
    負極側リレーとを含み、
    前記制御装置は、前記正極側リレーと前記負極側リレーとを共にオフ状態に制御した場合に前記電圧センサに前記判定値以上の電圧が検出された場合には、前記電圧センサが正常であるか否かのチェックを実行する、請求項1に記載の車両の電源システム。
  5. 前記制御装置は、前記システムメインリレーをオフ制御した後に、前記直流インレットにコネクタが接続されていない状態になるまで待ってから前記電圧センサチェックを行なう、請求項1に記載の車両の電源システム。
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