JP7020187B2

JP7020187B2 - 車載用の電源装置

Info

Publication number: JP7020187B2
Application number: JP2018037130A
Authority: JP
Inventors: 耕一古島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2038-03-02
Also published as: JP2019154131A

Description

本発明は、外部電源からの電力によりバッテリを充電する車載用の電源装置に関する。

従来、この種の車載用の電源装置としては、蓄電装置と、外部電源（商用電源系統）からの交流電圧を入力し直流電圧に変換して蓄電装置を充電する充電器と、蓄電装置の充電を制御する充電制御ＣＰＵと、蓄電装置のＳＯＣを監視する電池ＣＰＵと、蓄電装置のＳＯＣを監視する充電状態監視ＣＰＵと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電源装置では、充電状態監視ＣＰＵは、ＳＯＣの監視により蓄電装置の満充電状態を検知したにも拘わらず充電制御ＣＰＵによる充電制御が実行されているときには、充電器の電力変換用のスイッチング素子をゲート遮断して蓄電装置の充電を停止する。

特開２０１２－１３０１５５号公報

上述した車載用の電源装置では、外部電源から交流電圧を入力して直流電圧に変換してバッテリを充電する充電器を備えるものを前提とし、充電器の電力変換用のスイッチング素子をゲート遮断することで充電停止するものであり、急速充電設備などから高圧の直流電圧を直接入力してバッテリを充電する場合には適用することができない。

本発明の車載用の電源装置は、バッテリの充電を制御する制御ユニットに故障が生じても、適切に充電を停止できるようにしてバッテリが過充電するのを防止することを主目的とする。

本発明の車載用の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車載用の電源装置は、
バッテリと、該バッテリの状態を監視する第１制御ユニットと、外部充電設備のコネクタがインレットに接続されている状態で前記外部充電設備から供給される電力により前記バッテリを充電すると共に前記バッテリの満充電時または異常時に前記外部充電設備に充電停止を指令する指令信号を送信する第２制御ユニットと、前記第１制御ユニットと通信が可能な第３制御ユニットと、を有する車載用の電源装置であって、
前記コネクタおよび前記インレットを介して前記外部充電設備と接続される信号線を有し、前記信号線からの信号により前記外部充電設備が前記コネクタの接続を確認可能に構成されたコネクタ接続確認回路と、
を備え、
前記第３制御ユニットは、前記バッテリの満充電時または異常時に前記バッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、前記信号線からの信号を遮断する、
ことを要旨とする。

この本発明の車載用の電源装置では、バッテリの状態を監視する第１制御ユニットと、外部充電設備からの電力によりバッテリの充電すると共にバッテリの満充電時または異常時に外部充電設備に充電停止指令を送信する第２制御ユニットに加えて、コネクタ接続確認回路と、第１制御ユニットと通信可能な第３制御ユニットと、を備える。コネクタ接続確認回路は、コネクタおよびインレットを介して外部充電設備と接続される信号線を有し、信号線からの信号により外部充電設備がコネクタの接続を確認可能に構成される。そして、第３制御ユニットは、バッテリの満充電時または異常時にバッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、信号線からの信号を遮断する。これにより、外部充電設備にコネクタが外されたと認識させることができ、充電を停止させることができる。この結果、第２制御ユニットの故障により充電停止指令を外部充電設備に送信することができない場合であっても、適切に充電を停止できるようにしてバッテリが過充電するのを防止することができる。ここで、第３制御ユニットは、第１制御ユニットからバッテリの状態を受信し、受信したバッテリの状態に基づいてバッテリの満充電または異常を判定して、第２制御ユニットに外部充電設備への充電停止指令の送信を指示するものとしてもよい。また、第２制御ユニットは、第１制御ユニットからバッテリの状態を受信し、受信したバッテリの状態に基づいてバッテリの満充電または異常を判定して、外部充電設備に充電停止指令を送信するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての車載用の電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。急速充電設備１０と電源装置２０との接続関係を示す構成図である。充電停止処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての車載用の電源装置２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、急速充電設備１０と電源装置２０との接続関係を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、走行用のモータなどの電源として機能する。実施例では、説明の容易のためにハイブリッド自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとして説明する。実施例の電源装置２０は、図１に示すように、インレット２１と、充電リレー２４と、バッテリ３０と、充電用電子制御ユニット（以下、充電ＥＣＵと称する。）２６と、電池用電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと称する。）３６と、コネクタ接続確認回路４０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵと称する。）５０と、を備える。

インレット２１は、充電ライン２２によりバッテリ３０に接続されている。電源装置２０は、外部電源としての急速充電設備１０の接続コネクタ１１がインレット２１に接続されているときに、急速充電設備１０からの高圧の直流電圧を直接入力してバッテリ３０を急速充電するように構成されている。充電ライン２２には充電リレー２４が取り付けられており、充電リレー２４は、充電ＥＣＵ２６によってオンされることにより、急速充電設備１０からの電力をバッテリ３０側に供給する。

急速充電設備１０は、図２に示すように、電力変換部１３や１２Ｖ電源１４、複数のスイッチＳＷ１，ＳＷ２、フォトカプラＰＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２、設備全体を制御するための設備側制御部１６、車両側と通信するためのＣＡＮ回路１７などを備える。電力変換部１３は、商用電力系統からの交流電圧を直流電圧に変換するものである。電力変換部１３の出力端子に接続された電力線Ｌ１は、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されたときに充電ライン２２に接続され、直流電圧を充電ライン２２に印加する。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されている状態で、設備側の１２Ｖ電源１４を、配線Ｌ２により車両側の充電リレー２４を駆動するソレノイドＳＯ１，ＳＯ２に接続するための充電開始停止用のスイッチである。抵抗Ｒ１は、一端がグランドに接続され、他端が配線Ｌ３により接続コネクタ１１およびインレット２１を介して車両側のコネクタ接続確認回路４０の信号線４１に接続される。フォトカプラＰＣ１は、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されている状態で、車両側のトランジスタＴのオンオフ（充電許可禁止）を検知するためのものである。フォトカプラＰＣ１は、１２Ｖ電源１４と抵抗Ｒ２とを接続する配線Ｌ４に取り付けられ、トランジスタＴは、エミッタが接地されると共にコレクタに抵抗Ｒ４が接続されている。そして、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されると、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ４とが接続され、トランジスタＴがオンのときにはフォトカプラＰＣ１に電流が流れ、トランジスタＴがオフのときにはフォトカプラＰＣ１に電流が流れなくなる。この他、急速充電設備１０には、接地用の配線Ｌ５やＣＡＮ通信用の配線Ｌ６なども設けられている。設備側制御部１６は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、所定プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートなどを備える。設備側制御部１６には、フォトカプラＰＣ１からの信号などが入力ポートを介して入力されている。一方、設備側制御部１６からは、スイッチＳＷ１，ＳＷ２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、設備側制御部１６には、車両側とＣＡＮ通信を行なうためのＣＡＮ回路１７が接続されている。

コネクタ接続確認回路４０は、車両側の１２Ｖ電源２９に接続される信号線４１に直列に設けられたフォトカプラＰＣ４，スイッチ４２および抵抗Ｒ３を備える。抵抗Ｒ３は、一端にグランドが接続された設備側の抵抗Ｒ１の他端に、接続コネクタ１１およびインレット２１を介して接続される。フォトカプラＰＣ４の信号は充電ＥＣＵ２６に入力され、スイッチ４２はＨＶＥＣＵ５０によってオンオフされる。接続コネクタ１１がインレット２１に接続されると、スイッチ４２がオンされているときには、１２Ｖ電源２９からフォトカプラＰＣ４，スイッチ４２，抵抗Ｒ３および抵抗Ｒ１に電流が流れるため、充電ＥＣＵ２６は、フォトカプラＰＣ４からのオン信号により接続コネクタ１１がインレット２１に接続されていることを認識することができる。一方、接続コネクタ１１がインレット２１から外されると、フォトカプラＰＣ４に電流が流れなくなるため、充電ＥＣＵ２６は、フォトカプラＰＣ４からのオフ信号によってコネクタ抜けを認識することができる。また、設備側制御部１６は、抵抗Ｒ１の電圧を監視しており、抵抗Ｒ１の電圧低下によってコネクタ抜けを認識することができる。また、実施例では、コネクタ接続確認回路４０にＨＶＥＣＵ５０によりオンオフされるスイッチ４２を設けているから、急速充電設備１０は、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されていても、ＨＶＥＣＵ５０によりスイッチ４２がオフされると、抵抗Ｒ１の電圧低下によってコネクタ抜けと認識することとなる。

充電ＥＣＵ２６は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。充電ＥＣＵ２６には、充電開始停止の用のスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフを検知するためのフォトカプラＰＣ２，ＰＣ３からの信号や、コネクタ接続確認用のフォトカプラＰＣ４からの信号などが入力ポートを介して入力されている。一方、充電ＥＣＵ２６からは、充電許可禁止用のトランジスタＴへの制御信号や、充電リレー２４を駆動するソレノイドＳＯ１，ＳＯ２に設備側の１２Ｖ電源１４を接続するための車両側のスイッチＳＷ３への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、充電ＥＣＵ２６には、ＣＡＮ回路２７が接続されており、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されているときに、ＣＡＮ回路２７およびＣＡＮ回路１７を介して設備側制御部１６と通信可能となっている。充電ＥＣＵ２６は、急速受電設備１０に充電の開始を指示する充電開始指令を送信したり、バッテリ３０の状態を送信したり、バッテリ３０の異常時に急速充電設備１０に充電の停止を指示する充電停止指令を送信したりする。また、充電ＥＣＵ２６は、ＨＶＥＣＵ４０と通信をしており、充電ＥＣＵ２６により得た情報を必要に応じてＨＶＥＣＵ４０に送信している。

バッテリ３０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されており、電力ライン３２により図示しない走行用のモータを駆動するインバータなどの駆動装置に接続されている。電力ライン３２の正極側および負極側には、それぞれシステムメインリレー３４が取り付けられている。充電ライン２２は電力ライン３２のシステムメインリレー４２と駆動装置との間に接続されており、急速充電設備１０からの電力は、充電リレー２４とシステムメインリレー３４とを順に介してバッテリ３０に供給されるようになっている。バッテリ３０は、電池ＥＣＵ３６によって管理されている。

電池ＥＣＵ３６は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。電池ＥＣＵ３６には、バッテリ３０の出力端子に接続された電力ライン３２に取り付けられた電流センサ３１ａからの電池電流Ｉｂや、バッテリ３０の端子間に設置された電圧センサ３１ｂからの電池電圧Ｖｂなどが入力ポートを介して入力されている。また、電池ＥＣＵ３６は、入力した電池電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算している。また、電池ＥＣＵ３６は、ＨＶＥＣＵ４０と通信しており、電池ＥＣＵ３６により得た情報を必要に応じてＨＶＥＣＵ４０に送信している。

ＨＶＥＣＵ４０は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。ＨＶＥＣＵ４０は、システム起動時にシステムメインリレー３４をオンとし、ハイブリッド自動車全体のシステムを管理すると共に走行用のモータを駆動するインバータなどを駆動制御する。ＨＶＥＣＵ４０は、上述したように、充電ＥＣＵ２６や電池ＥＣＵ３６と通信しており、充電ＥＣＵ２６や電池ＥＣＵ３６から必要な情報をやり取りしている。

なお、実施例の電源装置２０としては、インレット２１と、充電リレー２４と、充電ＥＣＵ２６と、バッテリ３０と、電池ＥＣＵ３６と、ＨＶＥＣＵ４０とが相当する。

こうして構成された実施例の車載用の電源装置２０では、充電ＥＣＵ２６は、接続コネクタ１１がインレット２１に接続されたことをフォトカプラＰＣ４からの信号により確認すると、ＣＡＮ回路２７により設備側制御部１６に対して充電開始指令を送信する。ＣＡＮ回路１７を介して充電開始指令を受信した設備側制御部１６は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンする。充電ＥＣＵ２６は、フォトカプラＰＣ２，ＰＣ３からの信号によりスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンされたことを認識し、スイッチＳＷ３をオンする。これにより、設備側の１２Ｖ電源１４によりソレノイドＳＯ１，ＳＯ２が駆動され、充電リレー２４がオンされる。そして、設備側制御部１６は、電力変換部１３を制御することにより、バッテリ３０の急速充電を開始する。なお、設備側制御部１５は、急速充電中に抵抗Ｒ１の電圧低下によりコネクタ抜けを認識すると、充電出力を停止する。

次に、急速充電中に充電ＥＣＵ２６が故障した場合の充電停止動作について説明する。図３は、ＨＶＥＣＵ５０により実行される充電停止処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

充電停止処理ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ５０は、まず、急速充電中であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。急速充電中でないと判定すると、何もせずに本ルーチンを終了する。一方、急速充電中であると判定すると、電池ＥＣＵ３６から通信によりバッテリ３０の蓄電割合ＳＯＣや電池電圧Ｖｂを入力し（ステップＳ１１０）、バッテリ３０が過充電状態であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。バッテリ３０が過充電状態でないと判定すると、本ルーチンを終了する。一方、バッテリ３０が過充電状態であると判定すると、充電ＥＣＵ２６に充電停止指令を急速充電設備１０へ送信するよう指示する（ステップＳ１３０）。充電停止指令の送信指示を受信した充電ＥＣＵ２６は、ＣＡＮ回路２７を用いて充電停止指令を設備側制御部１６に送信する。充電停止指令を受信した設備側制御部１６は、電力変換部１３をシャットダウンすると共にスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフしてバッテリ３０への充電出力を停止する。そして、所定時間（例えば数１００ｍｓｅｃ）が経過するのを待って（ステップＳ１４０）、電池ＥＣＵ３６から電池電流Ｉｂを入力し（ステップＳ１５０）、入力した電池電流Ｉｂが値０であるか否か、すなわちバッテリ３０の充電が停止されたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。電池電流Ｉｂが値０であると判定すると、充電ＥＣＵ２６から急速充電設備１０へ正常に充電停止指令が送信されてバッテリ３０の充電が停止されたと判断して、本ルーチンを終了する。一方、電池電流Ｉｂが値０でないと判定すると、充電ＥＣＵ２６の故障等により急速充電設備１０へ正常に充電停止指令が送信されなかったと判断して、コネクタ接続確認回路４０のスイッチ４２をオフして（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。コネクタ接続確認回路４０のスイッチ４２がオフされると、上述したように、急速充電設備１０は、抵抗Ｒ１の電圧低下によりコネクタ抜けを認識し、充電出力を停止する。これにより、バッテリ３０の充電が停止されるため、バッテリ３０の過充電を抑制することができる。

以上説明した実施例の車載用の電源装置２０では、ＥＶＥＣＵ５０は、電池ＥＣＵ３６から入力したバッテリ３０の状態（蓄電割合ＳＯＣや電池電圧Ｖｂ）に基づいて過充電状態と判定すると、急速充電設備１０への充電停止指令の送信を充電ＥＣＵ２６に指示する。そして、充電ＥＣＵ２６に充電停止指令の送信を指示したにも拘わらず、電池電流Ｉｂが値０でないと判定すると、スイッチ４２をオフしてコネクタ接続確認回路４０の信号を遮断する。これにより、急速充電設備１０はコネクタ抜けを認識して充電出力を停止するから、充電ＥＣＵ２６の故障等により充電停止指令を外部充電設備１０に送信できない場合でも、充電停止して、バッテリ３０の過充電を抑制することができる。

実施例では、ＨＶＥＣＵ５０は、電池ＥＣＵ３６からバッテリ３０の状態を入力し、入力したバッテリ３０の状態に基づいて過充電状態が判定されると、充電ＥＣＵ２６に急速充電設備１０への充電停止指令の送信を指示するものとした。しかし、充電ＥＣＵ２６が、電池ＥＣＵ３６からバッテリ３０の状態を入力し、入力したバッテリ３０の状態に基づいて過充電状態を判定すると、急速充電設備１０に充電停止指令を送信するものとしてもよい。この場合、図３のステップＳ１３０の処理を省略すればよい。

実施例では、電池ＥＣＵ３６から入力したバッテリ３０の状態に基づいて過充電状態を判定して急速充電設備１０へ充電停止指令を送信するものとした。しかし、バッテリ３０の満充電状態を判定して充電停止指令を送信するものとしてもよいし、バッテリ３０の他の異常を判定して充電停止指令を送信するものとしてもよい。

実施例では、ハイブリッド自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとしたが、上述したように、電気自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、バッテリ３０が「バッテリ」に相当し、電池ＥＣＵ３６が「第１制御ユニット」に相当し、充電ＥＣＵ２６が「第２制御ユニット」に相当し、ＨＶＥＣＵ５０が「第３制御ユニット」に相当し、コネクタ接続確認回路４０が「コネクタ接続確認回路」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車載用の電源装置の製造産業などに利用可能である。

１０急速充電設備、１１接続コネクタ、１３電力変換部、１４１２Ｖ電源、１６設備側制御部、１７ＣＡＮ回路、２０電源装置、２１インレット、２２充電ライン、２４充電リレー、２６充電用電子制御ユニット（充電ＥＣＵ）、２７ＣＡＮ回路、２９１２Ｖ電源、３０バッテリ、３１ａ電流センサ、３１ｂ電圧センサ、３２電力ライン、３４システムメインリレー、３６電池ＥＣＵ、４０コネクタ接続確認回路、４１信号線、４２スイッチ、５０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、Ｌ１電力線、Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６配線、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３スイッチ、ＳＯ１，ＳＯ２ソレノイド、ＰＣ１，ＰＣ２，ＰＣ３，ＰＣ４フォトカプラ、Ｔトランジスタ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３抵抗。

Claims

バッテリと、該バッテリの状態を監視する第１制御ユニットと、外部充電設備のコネクタがインレットに接続されている状態で前記外部充電設備から供給される電力により前記バッテリを充電すると共に前記バッテリの異常時に前記外部充電設備に充電停止を指令する指令信号を送信する第２制御ユニットと、前記第１制御ユニットと通信が可能な第３制御ユニットと、を有する車載用の電源装置であって、
前記コネクタおよび前記インレットを介して前記外部充電設備と接続される信号線を有し、前記信号線からの信号により前記外部充電設備が前記コネクタの接続を確認可能に構成されたコネクタ接続確認回路と、
を備え、
前記第３制御ユニットは、前記バッテリの異常時に前記バッテリへの充電が継続されていると判定した場合には、前記信号線からの信号を遮断する、
車載用の電源装置。