JP7035970B2

JP7035970B2 - 充電装置

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Publication number: JP7035970B2
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Authority: JP
Inventors: 智員益田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2022-03-15
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Description

本発明は、充電装置に関し、詳しくは、システムメインリレーと、コンデンサと、充電側接続部と、充電用リレーと、を備える充電装置に関する。

従来、この種の充電装置としては、システムメインリレーと、充電側接続部（インレット）と、充電用リレーと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。システムメインリレーは、蓄電装置と電力ラインとの接続および接続の解除を行なう。充電側接続部は、外部電源装置の外部側接続部（コネクタ）に接続されている。充電用リレーは、充電側接続部に接続される充電ラインと電力ラインとの接続および接続の解除を行なう。この充電装置では、充電側接続部に蓋を設け、この蓋が閉じられいているときに、システムメインリレーをオンすると共に充電用リレーをオフした状態で充電側接続部に印加される電圧に基づいて充電用リレーの溶着診断を行なっている。

特開２０１６－７３１１０号公報

ところで、充電側接続部に蓋が設けられていなかったり、充電側接続部に蓋が設けられていても蓋が閉じていることを検知できない充電装置では、システムメインリレーをオンし、充電用リレーがオフするように充電用リレーを制御した状態で、充電側接続部に印加される電圧に基づいて充電用リレーの溶着診断を行なうと、充電用リレーが実際に溶着している場合には、充電側接続部に蓄電装置の電圧が印加されてしまう。

本発明の充電装置は、充電用リレーの溶着診断の際に充電側接続部に蓄電装置の電圧が印加されることを回避することを主目的とする。

本発明の充電装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の充電装置は、
蓄電装置と電力ラインとの接続および接続の解除を行なうシステムメインリレーと、
前記電力ラインの正極母線と負極母線とに接続されるコンデンサと、
外部電源装置の外部側接続部に接続可能な充電側接続部と、
前記充電側接続部に接続される充電ラインと前記電力ラインとの接続および接続の解除を行なう充電用リレーと、
前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御する制御装置と、
を備え、前記外部電源装置からの電力で前記蓄電装置を充電する外部充電を行なうための充電装置であって、
前記充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチと、
前記蓄電装置より定格電圧の低い低電圧蓄電装置と、
前記電力ラインと前記低電圧蓄電装置との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするコンバータと、
を備え、
前記制御装置は、システム起動時には、前記充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるように前記スイッチを制御した後に、前記低電圧蓄電装置からの電力で前記コンデンサが充電されるように前記コンバータを制御しながら、前記コンデンサの電圧に基づいて前記充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する、
ことを要旨とする。

この本発明の第１の充電装置では、充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチと、蓄電装置より定格電圧の低い低電圧蓄電装置と、電力ラインと低電圧蓄電装置との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするコンバータと、を備えている。そして、システム起動時には、充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるようにスイッチを制御した後に、低電圧蓄電装置からの電力でコンデンサが充電されるようにコンバータを制御しながら、コンデンサの電圧に基づいて充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する。システム起動時にはシステムメインリレーはオフされており、スイッチで充電ラインの正極母線と負極母線とを接続して溶着診断を実行するから、充電用リレーの溶着診断の際に充電側接続部に蓄電装置の電圧が印加されることを回避できる。ここで、「スイッチ」としては、リレーやトランジスタなどを挙げることができる。

本発明の第２の充電装置では、
蓄電装置と電力ラインとの接続および接続の解除を行なうシステムメインリレーと、
前記電力ラインの正極母線と負極母線とに接続されるコンデンサと、
外部電源装置の外部側接続部に接続される充電側接続部と、
前記充電側接続部に接続される充電ラインと前記電力ラインとの接続および接続の解除を行なう充電用リレーと、
前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御する制御装置と、
を備え、前記外部電源装置からの電力で前記蓄電装置を充電する外部充電を行なうための充電装置であって、
前記充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチ
を備え、
前記制御装置は、前記外部充電が異常停止したときには、前記システムメインリレーおよび前記充電用リレーがオフするように前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御した後に、前記充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるように前記スイッチを制御しながら、前記コンデンサの電圧に基づいて前記充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する、
ことを要旨とする。

この本発明の第２の充電装置では、充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチを備えている。そして、外部充電が異常停止したときには、システムメインリレーおよび充電用リレーがオフするようにシステムメインリレーと充電用リレーとを制御した後に、充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるようにスイッチを制御しながら、コンデンサの電圧に基づいて充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する。システムメインリレーをオフした後に、スイッチで充電ラインの正極母線と負極母線とを接続して溶着診断を実行するから、充電用リレーの溶着診断の際に充電側接続部に蓄電装置の電圧が印加されることを回避できる。ここで、「スイッチ」としては、リレーやトランジスタなどを挙げることができる。

こうした本発明の第２の充電装置において、前記蓄電装置より定格電圧の低い低電圧蓄電装置と、前記電力ラインと前記低電圧蓄電装置との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするコンバータを備え、前記制御装置は、前記溶着診断を実行した後に、前記コンデンサが放電されるように前記コンバータを制御してもよい。こうすれば、溶着診断を実行した後にコンデンサに残留している電荷を放電することができる。

また、本発明の第１，第２の充電装置において、前記制御装置は、前記溶着診断において、前記コンデンサの電圧が診断用電圧以上であるときには前記充電用リレーに溶着が生じていないと診断し、前記コンデンサの電圧が前記診断用電圧未満であるときには前記充電用リレーに溶着が生じていると診断してもよい。ここで、「診断用電圧」は、コンデンサに電圧が印加されているか否かを判定するための閾値である。システムメインリレーがオフとなっていて、スイッチにより充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されているときに、充電用リレーに溶着が生じていると、電力ラインの正極母線と負極母線とが短絡し、コンデンサの電圧が値０近傍の低い値となる。したがって、コンデンサの電圧と診断用電圧とを比較することにより、充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断することができる。

さらに、本発明の第１，第２の充電装置において、前記充電用リレーは、前記充電ラインの正極母線と前記電力ラインの正極母線との接続および接続の解除を行なう正極側リレーと、前記充電ラインの負極母線と前記電力ラインの負極母線との接続および接続の解除を行なう負極側リレーと、を有し、前記制御装置は、前記溶着診断として、前記正極側リレーおよび前記負極側リレーのうちのいずれかが溶着する片極溶着が生じているか否かを診断してもよい。こうすれば、片極溶着が生じているか否かを診断することができる。

本発明の一実施例としての充電装置が搭載された電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。電子制御ユニット７０により実行される溶着診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときの、システム起動指示と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着判断の結果と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。充電用リレー５２が両極溶着している（異常である）ときの、システム起動指示と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着判断の結果と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。外部充電が異常停止したときに電子制御ユニット７０により実行される溶着診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときの、外部充電の状態と、電圧センサ５０ａからの出力と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着診断の状態と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。充電用リレー５２が溶着している（異常である）ときの、外部充電の状態と、電圧センサ５０ａからの出力と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着診断の状態と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。変形例の溶着診断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充電装置が搭載された電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、システムメインリレー３８と、高電圧側コンデンサ４６と、低電圧側コンデンサ４８と、充電用電力ライン５０と、車両側インレット５４と、充電用リレー５２と、診断用リレー６０と、補機バッテリ６２と、ＤＣＤＣコンバータ６４と、電子制御ユニット７０と、を備える。実施例では、システムメインリレー３８と、低電圧側コンデンサ４８と、車両側インレット５４と、充電用リレー５２と、診断用リレー６０と、ＤＣＤＣコンバータ６４と、電子制御ユニット７０と、が「充電装置」に対応する。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２に接続されると共に高電圧側電力ライン４２に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタと、６つのダイオードと、を有する周知のインバータ回路として構成されている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン４４に接続されている。

昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２と低電圧側電力ライン４４とに接続されており、２つのトランジスタと、２つのダイオードと、リアクトルと、を有する周知の昇降圧コンバータ回路として構成されている。昇圧コンバータ４０は、低電圧側電力ライン４４からの電力を昇圧して高電圧側電力ライン４２へ供給したり、高電圧側電力ライン４２からの電力を昇圧して低電圧側電力ライン４４へ供給している。

システムメインリレー３８は、低電圧側電力ライン４４とバッテリ３６との接続および接続の解除を行なう。システムメインリレー３８は、低電圧側電力ライン４４の正極母線に設けられた正極側リレーＳＭＲＢと、低電圧側電力ライン４４の負極母線に設けられた負極側リレーＳＭＲＧと、を備える。

高電圧側コンデンサ４６は、高電圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とに接続されている。低電圧側コンデンサ４８は、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とに接続されている。

車両側インレット５４は、外部電源装置１２０の外部側コネクタ１５４に接続可能に構成されている。車両側インレット５４には、充電用電力ライン５０が接続されている。充電用電力ライン５０は、充電用リレー５２と車両側インレット５４との間に接続されている。充電用電力ライン５０は、外部電源装置１２０の外部側コネクタ１５４を車両側インレット５４に接続することにより、外部電源装置１２０からの外部側充電用電力ライン１５０に接続される。外部電源装置１２０は、図示しないが、外部の商用電源に接続されており、商用電源からの電力を直流電力に変換して外部側充電用電力ライン１５０から供給する。

充電用リレー５２は、充電用電力ライン５０と低電圧側電力ライン４４との接続および接続の解除を行なう。充電用リレー５２は、充電用電力ライン５０の正極母線と低電圧側電力ライン４４の正極母線との接続および接続の解除を行なう正極側リレーＤＣＲＢと、充電用電力ライン５０の負極母線と低電圧側電力ライン４４の負極母線との接続および接続の解除を行なう負極側リレーＤＣＲＧと、を備える。

診断用リレー６０は、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線との接続および接続解除を行なう。

補機バッテリ６２は、例えば、定格電圧がバッテリ３６より低い鉛蓄電池として構成されており、図示しない補機に電力を供給する。補機バッテリ６２は、低電圧側電力ライン４４にＤＣＤＣコンバータ６４を介して接続されている。ＤＣＤＣコンバータ６４は、補機バッテリ６２と低電圧側電力ライン４４との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするように構成されている。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７、図示しないフラッシュメモ、図示しない入出力ポート、図示しない通信ポートなどを備える。

電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍ，バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧ＶＢ，バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流ＩＢを挙げることができる。また、高電圧側コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの高電圧側コンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨ，低電圧側コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの低電圧側コンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬも挙げることができる。また、充電用電力ライン５０に取り付けられた電圧センサ５０ａからの状態信号も入力されている。なお、電圧センサ５０ａは、充電用電力ライン５０の電圧が判定用電圧Ｖｃｒｅｆ以上であるときにはオンの状態信号を出力し、充電用電力ライン５０の電圧が判定用電圧Ｖｃｒｅｆ未満であるときにはオフの状態信号を出力する。電子制御ユニット７０は、車両の駆動制御装置としても機能するため、走行制御に必要な情報も入力されている。これらの情報としては、例えば、図示しないが、イグニッションスイッチからのイグニッション信号や，シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサからのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション，車速センサからの車速Ｖなどを挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタへのスイッチング制御信号，昇圧コンバータ４０のトランジスタへのスイッチング制御信号、システムメインリレー３８への駆動制御信号、充電用リレー５２への駆動制御信号、診断用リレー６０への駆動制御信号、ＤＣＤＣコンバータ６４への駆動制御信号などを挙げることができる。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット７０は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、システムメインリレー３８をオンすると共に充電用リレー５２，診断用リレー６０をオフした状態で、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４の各トランジスタのスイッチング制御を行なう。また、走行制御では、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０の２つのトランジスタのスイッチング制御を行なう。

また、実施例の電気自動車２０では、駐車しているときに、自宅や充電ステーションなどの外部電源装置１２０の外部側コネクタ１５４が車両側インレット５４に接続されると、外部電源装置１２０からの電力でバッテリ３６を充電する外部充電が行なわれる。このとき、電子制御ユニット７０は、システムメインリレー３８および充電用リレー５２をオンすると共に診断用リレー６０をオフしている。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に充電用リレー５２の溶着診断を行なう際に動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される溶着診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、車両をシステム起動するときに実行される。なお、実施例では、システムメインリレー３８，診断用リレー６０は正常に作動するものとする。また、実施例の電気自動車２０では、システム停止する際には、システムメインリレー３８，充電用リレー５２，診断用リレー６０へオフの制御信号を出力する。したがって、本ルーチンの実行を開始したときには、システムメインリレー３８，診断用リレー６０はオフしており、充電用リレー５２は溶着しているか否かに応じてオンまたはオフしているものとする。

本ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、診断用リレー６０へオンの駆動制御信号を出力する（ステップＳ１００）。これにより、診断用リレー６０がオンして、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とを接続し（ステップＳ１００）、補機バッテリ６２からの電力を所定電圧ＶＬ１（例えば、バッテリ３６の電圧に近い電圧）の電力へ変換して低電圧側電力ライン４４へ供給して低電圧側コンデンサ４８が充電されるようにＤＣＤＣコンバータ６４を駆動する（ステップＳ１１０）。本ルーチンの実行を開始したときには、システムメインリレー３８がオフしていることから、低電圧側コンデンサ４８が充電されており低電圧側コンデンサ４８の電圧が低い。この状態でシステムメインリレー３８を接続すると、システムメインリレー３８へ影響を与えることが考えられる。ステップＳ１１０では、こうした影響を考慮して、システムメインリレー３８のオフを維持した状態でＤＣＤＣコンバータ６４を駆動して低電圧側コンデンサ４８を充電している。なお、補機バッテリ６２の定格電圧は、バッテリ３６より低いことから、補機バッテリ６２からＤＣＤＣコンバータ６４を介して低電圧側電力ライン４４へ供給される電力は比較的小さくなっている。

次に、ＤＣＤＣコンバータ６４を駆動しながら所定時間待機した後に電圧センサ４８ａからの低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬを入力し（ステップＳ１２０）、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。診断用電圧Ｖｒｅｆは、低電圧側コンデンサ４８に電圧が印加されているか否かを判定するための閾値である。

ステップＳ１００で診断用リレー６０をオンして充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とを接続し、ステップＳ１１０で低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが所定電圧ＶＬ１となるようにＤＣＤＣコンバータ６４を駆動している。充電用リレー５２の正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの両極が溶着していないときには、充電用リレー５２はオフしている。この場合、診断用リレー６０をオンして充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とを接続して短絡させても、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡せずに、低電圧側コンデンサ４８に電圧が印加され、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上となる。充電用リレー５２の正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの両極が溶着しているときには、充電用リレー５２がオンとなる。この場合、診断用リレー６０をオンして充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とを接続して短絡させると、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡し、低電圧側コンデンサ４８に電圧が印加されないことから、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満となる。したがって、ステップＳ１３０は、充電用リレー５２の両極が溶着しているか否かを判断する両極溶着判断を実行する処理となっている。今、システム起動時で、システムメインリレー３８がオフとなっており、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とが短絡しているから、充電用リレー５２の両極溶着判断の際に車両側インレット５４にバッテリ３６の電圧が印加されることを回避することができる。なお、補機バッテリ６２からＤＣＤＣコンバータ６４を介して低電圧側電力ライン４４へ供給される電力は比較的小さい。そのため、充電用リレー５２の正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの両極が溶着しているときに、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とが短絡させた状態でＤＣＤＣコンバータ６４を駆動しても、診断用リレー６０へさほど影響を与えることなく、溶着診断を実行することができる。

ステップＳ１３０で電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには、充電用リレー５２が未溶着（正常）であると判断して（ステップＳ１４０）、診断用リレー６０へオフの駆動制御信号を出力して診断用リレー６０をオフし（ステップＳ１５０）、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（ステップＳ１６０）。そして、システムメインリレー３８へオンの駆動制御信号を出力してシステムメインリレー３８をオンして電気自動車２０を走行可能な状態として（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。このとき、ステップＳ１１０で補機バッテリ６２からの電力を所定電圧ＶＬ１（例えば、バッテリ３６の電圧に近い電圧）の電力へ変換して低電圧側電力ライン４４へ供給されるようにＤＣＤＣコンバータ６４を駆動しているから、システムメインリレー３８より低電圧側コンデンサ４８側において、低電圧側電力ライン４４の電圧は、所定電圧ＶＬ１（バッテリ３６の電圧に近い電圧）となっている。そのため、ステップＳ１７０でシステムメインリレー３８をオンしたときに、システムメインリレー３８よりバッテリ３６側とシステムメインリレー３８より低電圧側コンデンサ４８側との電圧差が小さくなっているから、システムメインリレー３８に比較的大きな電流が流れることを抑制でき、システムメインリレー３８の保護を図ることができる。

図３は、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときの、システム起動指示と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着判断の結果と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。システム起動指示がなされると（時刻ｔ１１）、診断用リレー６０をオンし（ステップＳ１００，時刻ｔ１２）、補機バッテリ６２の電力を所定電圧ＶＬ１の電力へ変換して充電用電力ライン５０へ供給するようにＤＣＤＣコンバータ６４を駆動する（オンする）（ステップＳ１１０，時刻ｔ１３）。充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときには、充電用リレー５２がオフしていることから、低電圧側コンデンサ４８に電圧が印加されて低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが上昇する。そして、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上となると、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）と判断し、診断用リレー６０をオフして、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（オフする）（ステップＳ１４０～Ｓ１６０，時刻ｔ１４）、そして、システムメインリレー３８をオンして（ステップＳ１７０，時刻ｔ１５）、電気自動車２０を走行可能な状態とする。電気自動車２０が走行可能な状態となると、ＤＣＤＣコンバータ６４は駆動を開始してバッテリ３６からの電力を電圧の変換を伴って補機バッテリ６２へ供給する。このように、充電用リレー５２が未溶着であるときには、電気自動車２０を走行可能な状態とすることができる。

ステップＳ１３０で電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満であるときには、充電用リレー５２が溶着している（異常である）と判断して（ステップＳ１８０）、診断用リレー６０へオフの駆動制御信号を出力して診断用リレー６０をオフして（ステップＳ１９０）、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（ステップＳ２００）。そして、システムメインリレー３８をオフして（ステップＳ２１０）、電気自動車２０を走行不可の状態として、本ルーチンを終了する。このように、充電用リレー５２が溶着しているときには、電気自動車２０の走行を不可とすることができる。

図４は、充電用リレー５２が両極溶着している（異常である）ときの、システム起動指示と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着判断の結果と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。システム起動指示がなされると（時刻ｔ２１）、診断用リレー６０をオンし（ステップＳ１００，時刻ｔ２２）、補機バッテリ６２の電力を所定電圧ＶＬ１の電力へ変換して充電用電力ライン５０へ供給するようにＤＣＤＣコンバータ６４を駆動する（ステップＳ１１０，時刻ｔ２３）。充電用リレー５２が両極溶着している（異常である）ときには、充電用リレー５２がオンしていることから、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡する。そして、低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満となり、充電用リレー５２が溶着している（異常である）と判断し、診断用リレー６０をオフして、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（オフとしする）（ステップＳ１８０～Ｓ２００，時刻ｔ２４）、システムメインリレー３８を接続不可として電気自動車２０は走行不可とする（ステップＳ２１０）。このように、充電用リレー５２が溶着しているときには、電気自動車２０を走行不可とすることができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、診断用リレー６０と、補機バッテリ６２と、ＤＣＤＣコンバータ６４と、を備え、システム起動時には、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とが接続されるように充電用リレー５２を制御した後に、補機バッテリ６２からの電力で低電圧側コンデンサ４８が充電されるようにＤＣＤＣコンバータ６４を制御しながら、低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬに基づいて充電用リレー５２に溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行することにより、充電用リレー５２の溶着判断の際に車両側インレット５４にバッテリ３６の電圧が印加されることを回避することができる。

実施例の電気自動車２０では、システム起動時に、図２に例示した溶着診断ルーチンを実行している。しかしながら、外部充電中に電圧センサ５０ａからの状態信号がオフとなったときなど外部電源装置１２０からの外部充電が異常停止したときに、溶着診断ルーチンを実行してもよい。図５は、外部充電が異常停止したときに電子制御ユニット７０により実行される溶着診断ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図５の溶着診断ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、システムメインリレー３８，充電用リレー５２へオフの駆動制御信号を出力する（ステップＳ３００）。このとき、システムメインリレー３８は正常でありオフしているものとする。充電用リレー５２は、溶着しているか否かでオンまたはオフしているものとする。低電圧側コンデンサ４８は、異常停止するまでの外部充電により、ある程度充電されている。

そして、図２の溶着診断ルーチンのステップＳ１００，Ｓ１２０，Ｓ１３０と同様の処理で、診断用リレー６０をオンとして、低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上となるか否かを判定する（ステップＳ３１０，Ｓ３２０、Ｓ３３０）。

ステップＳ３３０で低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには、図２の溶着診断ルーチンのステップＳ１４０，Ｓ１５０と同様の処理で、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）と判断して、診断用リレー６０をオフする（ステップＳ３４０，Ｓ３５０）。

そして、低電圧側コンデンサ４８を放電し（ステップＳ３６０）、次回走行可であると判断して（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ３６０の低電圧側コンデンサ４８の放電は、低電圧側コンデンサ４８からの電力で補機バッテリ６２が充電されるようにＤＣＤＣコンバータ６４を所定時間駆動した後に停止することにより行なわれる。こうした処理により、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときには、次回の走行を許可することができる。

図６は、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）ときの、外部充電の状態と、電圧センサ５０ａからの出力と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着診断の状態と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。外部充電が異常停止すると、電圧センサ５０ａの出力がオフし（時刻ｔ３１）、図６に例示した溶着診断ルーチンが実行される。溶着診断ルーチンが実行されると、システムメインリレー３８をオフし（ステップＳ３００，時刻ｔ３２）、診断用リレー６０をオンする（ステップＳ３１０，時刻ｔ３３）。低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには、充電用リレー５２が未溶着である（正常である）と判断して、診断用リレー６０をオフする（ステップＳ３４０，Ｓ３５０，時刻ｔ３４）。そして、ＤＣＤＣコンバータ６４を駆動して（オンして）低電圧側コンデンサ４８を放電し電圧ＶＬを診断用電圧Ｖｒｅｆ未満とし（ステップＳ３６０，時刻ｔ３５，ｔ３６）、電気自動車２０の次回の走行を許可する。このように、充電用リレー５２が未溶着であるときには、低電圧側コンデンサ４８を放電して、電気自動車２０の次回の走行を許可するができる。

ステップＳ３３０で低電圧側コンデンサ４８の電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満であるときには、図２の溶着診断ルーチンのステップＳ１８０，Ｓ１９０と同様の処理で、充電用リレー５２が溶着している（異常）であると判断して診断用リレー６０をオフする（ステップＳ３８０，Ｓ３９０）。そして、ステップＳ３６０と同様の処理で、低電圧側コンデンサ４８を放電し（ステップＳ４００）、次回の走行を不可として（ステップＳ４１０）、本ルーチンを終了する。このように、充電用リレー５２が溶着しているときには、電気自動車２０の次回の走行を不可とすることができる。

図７は、充電用リレー５２が溶着している（異常である）ときの、外部充電の状態と、電圧センサ５０ａからの出力と、システムメインリレー３８の状態と、ＤＣＤＣコンバータ６４の状態と、溶着診断の状態と、電圧ＶＬの状態と、診断用リレー６０の状態と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。外部充電が異常停止すると、電圧センサ５０ａの出力がオフし（時刻ｔ４１）、図５に例示した溶着診断ルーチンが実行される。溶着診断ルーチンが実行されると、システムメインリレー３８をオフし（ステップＳ３００，時刻ｔ４２）、診断用リレー６０をオンする（ステップＳ３１０，時刻ｔ４３）。充電用リレー５２が溶着していると、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線とが短絡した状態となるから、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満となり、充電用リレー５２が溶着している（異常である）と判断し、診断用リレー６０をオフする（ステップＳ３８０，Ｓ３９０，時刻ｔ４４）。そして、ＤＣＤＣコンバータ６４を駆動して（オンして）低電圧側コンデンサ４８を放電する（ステップＳ４００，時刻ｔ４５，ｔ４６）。このように、充電用リレー５２が溶着しているときには、低電圧側コンデンサ４８を放電して、電気自動車２０を走行不可とすることができる。こうした処理により、外部電源装置１２０からの外部充電が異常停止したときにおいて、充電用リレー５２の溶着診断の際に車両側インレット５４にバッテリ３６の電圧が印加されることを回避することができる。

なお、図５の溶着診断ルーチンの実行中に、外部電源装置１２０の外部側コネクタ１５４が車両側インレット５４に接続されたときには、充電用電力ライン５０に電圧が印加される可能性があるため、診断用リレー６０がオンしていたらオフして、図５の溶着診断ルーチンを終了すればよい。

実施例の電気自動車２０では、図２に例示した溶着診断ルーチンでは、充電用リレー５２が両極溶着しているか否かを判断している。しかしながら、充電用リレー５２が両極溶着しているか否かに代えて、または、充電用リレー５２が両極溶着しているか否かと共に、充電用リレー５２が片極溶着（正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの一方が溶着）しているか否かを判断してもよい。図８は、変形例の溶着診断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、充電用リレー５２が両極溶着しているか否かに代えて、充電用リレー５２が片極溶着しているか否かを判断している。図８の溶着診断ルーチンでは、図２の溶着診断ルーチンのステップＳ１１０とステップＳ１２０との間にステップＳ５１５を実行し、ステップＳ１４０，Ｓ１８０に代えてステップＳ５４０，Ｓ５４５，Ｓ５４７，Ｓ５８０，Ｓ５８５を実行する点を除いて、図２の溶着診断ルーチンと同一の処理を実行する。したがって、図２の溶着診断ルーチンと同一の処理については、その詳細な説明を省略する。

図８の溶着診断ルーチンでは、ステップＳ１１０でＤＣＤＣコンバータ６４を駆動すると、充電用リレー５２へ片極オンの駆動制御信号を出力し充電用リレー５２の正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうちのいずれか一方のリレーをオン（片極オン）する（ステップＳ５１５）。そして、電圧ＶＬを入力し、電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）。正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうちステップＳ５１５でオンしていないほうのリレーが未溶着（正常）であるときには、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡しないから、ＤＣＤＣコンバータ６４を介して供給される補機バッテリ６２からの電力で低電圧側コンデンサ４８が充電されて、電圧ＶＬが上昇する。正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうちステップＳ５１５でオンしていないほうが溶着（片極溶着）している（異常である）ときには、充電用リレー５２の両極がオンし、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡していることから、充電用電力ライン５０の電圧ＶＬが上昇しない。したがって、図８の溶着診断ルーチンのステップＳ１３０では、充電用リレー５２の片極が溶着しているか否かを判断する片極溶着判断をしていることとなる。このとき、システムメインリレー３８がオフしており、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とが短絡していることから、充電用リレー５２の片極溶着判断の際に車両側インレット５４にバッテリ３６の電圧が印加されることを回避することができる。

ステップＳ１３０で電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ以上であるときには、正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうちステップＳ５１５でオンしていないほうのリレー（片極）が未溶着（正常）であると判断して（ステップＳ５４０）、ステップＳ５１５でオンした充電用リレー５２の片極オフの駆動制御信号を出力し片極をオフする（ステップＳ５４５）。

続いて、正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの両極に対して片極溶着の診断を実行済みであるか否かを判定する（ステップＳ５４７）。両極に対して片極溶着の診断を実行済みでないときには、ステップＳ５１５に戻り、正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうち片極溶着を診断していないほうのリレーに対して、ステップＳ１２０，１３０を実行する。そして、未溶着（正常）であると判断したら（ステップＳ５４０）、ステップＳ５１５でオンした充電用リレー５２の片極オフの駆動制御信号を出力し片極をオフする（ステップＳ５４５）。続いて、ステップＳ５４７では、正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧの両極に対して片極溶着の診断を実行済みであると判定されて、診断用リレー６０をオフし（ステップＳ１５０）、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（ステップＳ１６０）。そして、システムメインリレー３８をオンして電気自動車２０を走行可能な状態として（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１３０で電圧ＶＬが診断用電圧Ｖｒｅｆ未満であるときには、正極側リレーＤＣＲＢおよび負極側リレーＤＣＲＧのうちステップＳ５１５でオンとしていないほうの充電用リレー５２が溶着している（異常である）と判断して（ステップＳ５８０）、ステップＳ５１５でオンした充電用リレー５２の片極をオフする駆動制御信号を出力して充電用リレー５２の片極をオフし（ステップＳ５８５）、診断用リレー６０をオフして（ステップＳ１９０）、ＤＣＤＣコンバータ６４を停止する（ステップＳ２００）。そして、システムメインリレー３８をオフして、電気自動車２０を走行不能な状態として（ステップＳ２１０）、本ルーチンを終了する。このように、充電用リレー５２が片極溶着しているときには、電気自動車２０を走行不可とすることができる。

なお、ここでは、図８の溶着診断ルーチンは、図２の溶着診断ルーチンの変形例としているが、図５の溶着診断ルーチンに対しても適用することができる。

実施例の電気自動車２０では、充電用電力ライン５０に診断用リレー６０を設け、診断用リレー６０をオンオフすることにより、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なっている。しかしながら、充電用電力ライン５０の正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチを備えていればよいから、例えば、診断用リレー６０に代えて、制御信号でオンオフするトランジスタを備えていても構わない。

実施例の電気自動車２０では、システム起動時に、乗員に充電用リレー５２の溶着診断を実行していることを報知することなく、図２の溶着診断ルーチンを実行している。しかしながら、溶着診断ルーチンの実行には時間を要することから、例えば、運転席近傍にランプを設置して図２の溶着診断ルーチンを実行しているときにはランプを点滅させたり、音声を発するなど、乗員に情報を報知する報知装置で、図２の溶着診断ルーチンを実行していることを報知してもよい。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタなどを用いてもよい。

実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４８ａは、低電圧側コンデンサ４８の電圧を検出しているが、低電圧側コンデンサ４８に電圧が印加されているか否かを検出してもよい。

実施例では、充電装置をモータ３２とインバータ３４と昇圧コンバータ４０とを備える電気自動車２０に搭載される形態としている。しかしながら、昇圧コンバータ４０を備えない電気自動車２０に搭載される形態としても構わない。また、モータ３２とインバータ３４と昇圧コンバータ４０とに加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の形態としてもよい。さらに、こうした自動車に搭載されるものに限定されずに、蓄電装置を備える装置であれば如何なる装置に搭載されていても構わない。また、充電装置単体の形態としてもよい。

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、本発明の第１の充電装置においては、システムメインリレー３８が「システムメインリレー」に相当し、低電圧側コンデンサ４８が「コンデンサ」に相当し、車両側インレット５４が「充電側接続部」に相当し、充電用リレー５２が「充電用リレー」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当し、診断用リレー６０が「スイッチ」に相当し、補機バッテリ６２が「低電圧蓄電装置」に相当し、ＤＣＤＣコンバータ６４が「コンバータ」に相当する。本発明の第２の充電装置においては、システムメインリレー３８が「システムメインリレー」に相当し、低電圧側コンデンサ４８が「コンデンサ」に相当し、車両側インレット５４が「充電側接続部」に相当し、充電用リレー５２が「充電用リレー」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当し、診断用リレー６０が「スイッチ」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、充電装置の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３６ｂ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ電圧センサ、４０昇圧コンバータ、４２高電圧側電力ライン、４４低電圧側電力ライン、４６高電圧側コンデンサ、４８低電圧側コンデンサ、５０充電用電力ライン、５２充電用リレー、５４車両側インレット、６０診断用リレー、６２補機バッテリ、６４ＤＣＤＣコンバータ、７０電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、１２０外部電源装置、１５０外部側充電用電力ライン、１５４外部側コネクタ、ＤＣＲＢ正極側リレー、ＤＣＲＧ負極側リレー、ＳＭＲＢ正極側リレー、ＳＭＲＧ負極側リレー。

Claims

蓄電装置と電力ラインとの接続および接続の解除を行なうシステムメインリレーと、
前記電力ラインの正極母線と負極母線とに接続されるコンデンサと、
外部電源装置の外部側接続部に接続可能な充電側接続部と、
前記充電側接続部に接続される充電ラインと前記電力ラインとの接続および接続の解除を行なう充電用リレーと、
前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御する制御装置と、
を備え、前記外部電源装置からの電力で前記蓄電装置を充電する外部充電を行なうための充電装置であって、
前記充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチと、
前記蓄電装置より定格電圧の低い低電圧蓄電装置と、
前記電力ラインと前記低電圧蓄電装置との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするコンバータと、
を備え、
前記制御装置は、システム起動時には、前記充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるように前記スイッチを制御した後に、前記低電圧蓄電装置からの電力で前記コンデンサが充電されるように前記コンバータを制御しながら、前記コンデンサの電圧に基づいて前記充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する、
充電装置。
蓄電装置と電力ラインとの接続および接続の解除を行なうシステムメインリレーと、
前記電力ラインの正極母線と負極母線とに接続されるコンデンサと、
外部電源装置の外部側接続部に接続される充電側接続部と、
前記充電側接続部に接続される充電ラインと前記電力ラインとの接続および接続の解除を行なう充電用リレーと、
前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御する制御装置と、
を備え、前記外部電源装置からの電力で前記蓄電装置を充電する外部充電を行なうための充電装置であって、
前記充電ラインの正極母線と負極母線との接続および接続の解除を行なうスイッチ
を備え、
前記制御装置は、前記外部充電が異常停止したときには、前記システムメインリレーおよび前記充電用リレーがオフするように前記システムメインリレーと前記充電用リレーとを制御した後に、前記充電ラインの正極母線と負極母線とが接続されるように前記スイッチを制御しながら、前記コンデンサの電圧に基づいて前記充電用リレーに溶着が生じているか否かを診断する溶着診断を実行する、
充電装置。
請求項２記載の充電装置であって、
前記蓄電装置より定格電圧の低い低電圧蓄電装置と、
前記電力ラインと前記低電圧蓄電装置との間で電圧の変更を伴って電力をやりとりするコンバータ
を備え、
前記制御装置は、前記溶着診断を実行した後に、前記コンデンサが放電されるように前記コンバータを制御する、
充電装置。
請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載の充電装置であって、
前記制御装置は、前記溶着診断において、前記コンデンサの電圧が診断用電圧以上であるときには前記充電用リレーに溶着が生じていないと診断し、前記コンデンサの電圧が前記診断用電圧未満であるときには前記充電用リレーに溶着が生じていると診断する、
充電装置。
請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載の充電装置であって、
前記充電用リレーは、前記充電ラインの正極母線と前記電力ラインの正極母線との接続および接続の解除を行なう正極側リレーと、前記充電ラインの負極母線と前記電力ラインの負極母線との接続および接続の解除を行なう負極側リレーと、を有し、
前記制御装置は、前記溶着診断として、前記正極側リレーおよび前記負極側リレーのうちのいずれかが溶着する片極溶着が生じているか否かを診断する、
充電装置。