JP7043964B2

JP7043964B2 - 車両の充電システム

Info

Publication number: JP7043964B2
Application number: JP2018090053A
Authority: JP
Inventors: 純前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: JP2019198157A

Description

本開示は、車外からの交流電力を受ける受電部を備える車両の充電システムに関する。

特開２０１５－１８０１３８号公報（特許文献１）には、車外からの交流電力を受ける受電部を備える車両の充電システムが開示されている。このシステムは、走行用の電力を蓄える走行用電池と、受電部からの交流を変換して走行用電池に供給する充電器と、補機負荷用の電力を蓄える補機電池と、走行用電池からの電力を電圧変換して補機電池に供給するメインＤＣ／ＤＣコンバータと、充電器を流れる電力を電圧変換して補機電池に供給するサブＤＣ／ＤＣコンバータと、制御装置とを備える。

制御装置は、充電器を駆動して車外電力で走行用電池を充電する外部充電を行なう際に、サブＤＣ／ＤＣコンバータを駆動して車外電力を補機電池にも供給する。これにより、外部充電中において、サブＤＣ／ＤＣコンバータよりも消費電力の大きいメインＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することなく、補機電池に電力を供給することができる。

特開２０１５－１８０１３８号公報

近年、走行可能距離を延ばすために走行用電池の容量が増加される傾向にある。走行用電池の容量が増加されると、従来のように１つの充電器の出力では充電時間が大幅に増加し得る。その対策として、複数の充電器を並列に配置して出力をアップさせることで充電速度を増加させることが考えられる。この場合、複数の充電器のうちの一部にサブＤＣ／ＤＣコンバータを接続しておくことが考えられる。

上記のように並列に配置された複数の充電器と、複数の充電器の一部に接続されるサブＤＣ／ＤＣコンバータとを備える充電システムにおいて、サブＤＣ／ＤＣコンバータが接続される充電器が故障した場合、補機電池への電力供給を継続するために、サブＤＣ／ＤＣコンバータを停止してメインＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することが考えられる。しかしながら、充電器が故障した場合に一律にサブＤＣ／ＤＣコンバータを停止してメインＤＣ／ＤＣコンバータを駆動すると、サブＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力よりもメインＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力のほうが大きいため、充電効率が悪化してしまうことが懸念される。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、並列に配置された複数の充電器と、複数の充電器の一部に接続されるサブＤＣ／ＤＣコンバータとを備える充電システムにおいて、サブＤＣ／ＤＣコンバータが接続される充電器が故障した場合においても、補機電池への電力供給を継続しつつ、充電効率の低下を防ぐことである。

本開示による充電システムは、車外からの交流電力を受ける受電部を備える車両の充電システムであって、走行用電池と、補機電池と、走行用電池からの電力を電圧変換して補機電池に供給するメインコンバータと、受電部と走行用電池との間に互いに並列に接続される複数の充電器とを備える。複数の充電器の各々は、受電部からの交流を直流に変換する内部インバータと、内部インバータからの直流を電圧変換して走行用電池に供給する内部コンバータとを有する。充電システムは、複数の充電器のうちの一部の充電器の内部インバータと内部コンバータとの間の電力を電圧変換して補機電池に供給するサブコンバータと、メインコンバータおよびサブコンバータを制御する制御装置とをさらに備える。制御装置は、サブコンバータが接続された一部の充電器の内部インバータが故障しているときには、サブコンバータを停止し、メインコンバータを駆動して補機電池を充電する。制御装置は、サブコンバータが接続された一部の充電器の内部コンバータが故障しているときには、サブコンバータを駆動して補機電池を充電する。

上記システムによれば、サブコンバータが接続された充電器が故障した場合であっても、その故障部位が充電器の内部コンバータである場合には、メインコンバータを駆動するのではなく、サブコンバータを駆動して補機電池を充電する。そのため、サブコンバータが接続された充電器が故障した場合に故障部位を特定することなく一律にメインコンバータを駆動する場合に比べて、消費電力のより大きいメインコンバータの駆動時間を低減することができる。その結果、補機電池への電力供給を継続しつつ、充電効率の低下を防ぐことができる。

本開示によれば、並列に配置された複数の充電器と、複数の充電器の一部に接続されるサブＤＣ／ＤＣコンバータとを備える充電システムにおいて、サブＤＣ／ＤＣコンバータが接続される充電器が故障した場合においても、補機電池への電力供給を継続しつつ、充電効率の低下を防ぐことができる。

充電システムを搭載した車両の全体ブロック図（その１）である。ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その１）である。充電システムを搭載した車両の全体ブロック図（その２）である。ＥＣＵの処理手順の一例を示すフローチャート（その２）である。

以下、本開示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返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態による充電システムを搭載した車両１の全体ブロック図である。車両１は、図示しない走行用モータを用いて走行することができる電動車両（ハイブリッド自動車あるいは電気自動車等）である。

この車両１は、受電部２と、充電装置３と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「メインＤＤＣ」とも記載する）４と、走行用バッテリＢ１と、補機バッテリＢ２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００とを備える。

受電部２は、インレットとも称され、車両外部からの電力を受ける。受電部２に充電コネクタ２１０が接続され外部電源２００からの交流電力が供給されると、充電装置３を駆動して車外電力で走行用バッテリｂ１を充電する外部充電を行なうことが可能になる。

走行用バッテリＢ１は、高電圧（たとえば数百ボルト程度）で駆動する走行用モータに供給するための電力を蓄える。

補機バッテリＢ２は、充電装置３、メインＤＤＣ４、ＥＣＵ１００など、低電圧（たとえば１４ボルト程度）で駆動する補機負荷に供給するための電力を蓄える。

メインＤＤＣ４は、走行用バッテリＢ１から供給される高電圧を、補機バッテリＢ２を充電可能な低電圧に降圧して補機バッテリＢ２に供給する。

充電装置３は、第１充電器１０と、第２充電器２０と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ（以下「サブＤＤＣ」とも記載する）３０とを備える。

第１充電器１０は、受電部２と走行用バッテリＢ１との間に接続される。第１充電器１０の内部には、ＰＦＣ（Power Factor Correction）インバータ１１と、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２とが備えられる。ＰＦＣインバータ１１は、受電部２からの交流を力率を改善しながら直流に変換する。ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２は、ＰＦＣインバータ１１から出力される直流を走行用バッテリＢ１を充電可能な電圧に昇圧して走行用バッテリＢ１に供給する。

第２充電器２０は、受電部２と走行用バッテリＢ１との間に、第１充電器１０とは並列に接続される。第２充電器２０の内部には、ＰＦＣインバータ２１と、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２とが備えられる。ＰＦＣインバータ２１は、受電部２からの交流を力率を改善しながら直流に変換する。ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＰＦＣインバータ２１から出力される直流を走行用バッテリＢ１を充電可能な電圧に昇圧して走行用バッテリＢ１に供給する。

サブＤＤＣ３０は、第１充電器１０のＰＦＣインバータ１１とＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２との間の接続ノードと、補機バッテリＢ２との間に接続される。サブＤＤＣ３０は、第１充電器１０のＰＦＣインバータ１１から出力される直流を電圧変換して補機バッテリＢ２に供給する。なお、サブＤＤＣ３０は、第２充電器２０には接続されていない。

サブＤＤＣ３０の消費電力は、メインＤＤＣ４の消費電力よりも小さい。そのため、外部充電時においては、メインＤＤＣ４を停止してサブＤＤＣ３０を駆動することによって、補機バッテリＢ２へ電力を供給しつつ、走行用バッテリＢ１の充電効率の低下を防ぐことができる。

ＰＦＣインバータ１１、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２、ＰＦＣインバータ２１、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２の各々の内部には、図示しない電流センサおよび電圧センサが設けられる。これらのセンサは、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵する。ＥＣＵ１００は、ＰＦＣインバータ１１、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２、ＰＦＣインバータ２１、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２、サブＤＤＣ３０、メインＤＤＣ４をそれぞれ制御するための複数の指令信号を生成し、対応する各機器に出力する。

ＥＣＵ１００は、第１充電器１０から受ける情報（ＰＦＣインバータ１１内部の電流および電圧の検出値、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２内部の電流および電圧の検出値）、第２充電器２０から受ける情報（ＰＦＣインバータ２１内部の電流および電圧の検出値、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２内部の電流および電圧の検出値）に基づいて、第１充電器１０および第２充電器２０の状態を監視する。

以上のように、本実施の形態による受電システムにおいては、第１充電器１０と第２充電器２０とを並列に配置することで、充電装置３の出力をアップさせて走行用バッテリＢ１の充電速度を増加させている。そして、第１充電器１０と第２充電器２０とのうちの、第１充電器１０にサブＤＤＣ３０を接続している。

このような構成において、サブＤＤＣ３０が接続される第１充電器１０に何らかの故障が生じた場合、補機バッテリＢ２への電力供給を継続するために、サブＤＤＣ３０を停止してメインＤＤＣ４を駆動することが考えられる。しかしながら、第１充電器１０に何らかの故障が生じた場合に一律にサブＤＤＣ３０を停止してメインＤＤＣ４を駆動すると、サブＤＤＣ３０の消費電力よりもメインＤＤＣ４の消費電力のほうが大きいため、走行用バッテリＢ１の充電効率が悪化してしまうことが懸念される。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、サブＤＤＣ３０が接続される第１充電器１０に何らかの故障が生じた場合、第１充電器１０内の故障部位を特定する。そして、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０の故障部位がＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２である場合には、メインＤＤＣ４を駆動するのではなく、ＰＦＣインバータ１１およびサブＤＤＣ３０の駆動を継続して補機バッテリＢ２を充電する。そのため、サブＤＤＣ３０が接続された第１充電器１０が故障した場合に故障部位を特定することなく一律にメインＤＤＣ４を駆動する場合に比べて、消費電力のより大きいメインＤＤＣ４の駆動時間を低減することができる。その結果、補機バッテリＢ２への電力供給を継続しつつ、走行用バッテリＢ１の充電効率の低下を防ぐことができる。

図２は、ＥＣＵ１００の処理手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、外部充電中において、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

ＥＣＵ１００は、第１充電器１０が故障しているか否かを判定する（ステップＳ１０）。たとえば、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０から受ける情報（ＰＦＣインバータ１１内部の電流および電圧の検出値、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２内部の電流および電圧の検出値）のいずれかが異常値である場合に、第１充電器１０が故障していると判定する。

第１充電器１０が故障している場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０の故障部位を特定する（ステップＳ２０）。具体的には、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０のＰＦＣインバータ１１が故障しているのかＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２が故障しているのかを判定する。

たとえば、ＥＣＵ１００は、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２を作動させるための指令信号をＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２に出力しているにも関わらずＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２に電流が流れていない状況がＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２内の電流センサで検出された場合に、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２が故障していると判定する。また、ＥＣＵ１００は、ＰＦＣインバータ１１に電圧が入力されているにも関わらず電圧と電流との位相ずれが発生している状況がＰＦＣインバータ１１内の電流センサおよび電圧センサで検出された場合に、ＰＦＣインバータ１１が故障していると判定する。

次いで、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０のＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２が故障しているのか否かを判定する（ステップＳ２２）。

第１充電器１０のＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２が故障している場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、メインＤＤＣ４を駆動せずに、サブＤＤＣ３０を駆動してサブＤＤＣ３０で補機バッテリＢ２を充電する（ステップＳ２４）。この際、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０のＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２を停止しつつ、ＰＦＣインバータ１１を駆動する。

一方、第１充電器１０のＰＦＣインバータ１１が故障している場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、メインＤＤＣ４を駆動して、メインＤＤＣ４で補機バッテリＢ２を充電する（ステップＳ２６）。この際、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０のＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２およびＰＦＣインバータ１１、ならびにサブＤＤＣ３０を停止する。

ステップＳ２４またはステップＳ２６の処理後、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０を駆動して、第２充電器２０で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ２８）。

第１充電器１０が故障していない場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、メインＤＤＣ４を駆動せずに、サブＤＤＣ３０を駆動してサブＤＤＣ３０で補機バッテリＢ２を充電する（ステップＳ３０）。

次いで、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０が故障しているか否かを判定する（ステップＳ３２）。たとえば、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０から受ける情報（ＰＦＣインバータ２１内部の電流および電圧の検出値、ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ２２内部の電流および電圧の検出値）のいずれかが異常値である場合に、第２充電器２０が故障していると判定する。

第２充電器２０が故障している場合（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０を停止し、第１充電器１０を駆動して第１充電器１０で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ３４）。第２充電器２０が故障していない場合（ステップＳ３２においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０および第２充電器２０を駆動して第１充電器１０および第２充電器２０の双方で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ３６）。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ１００は、サブＤＤＣ３０が接続される第１充電器１０に何らかの故障が生じた場合、第１充電器１０内の故障部位を特定し、故障部位がＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ１２である場合には、ＰＦＣインバータ１１の作動を継続可能であることから、メインＤＤＣ４を駆動するのではなく、サブＤＤＣ３０の駆動を継続して補機バッテリＢ２を充電する。そのため、サブＤＤＣ３０が接続された第１充電器１０が故障した場合に故障部位を特定することなく一律にメインＤＤＣ４を駆動する場合に比べて、消費電力のより大きいメインＤＤＣ４の駆動時間を低減することができる。その結果、補機バッテリＢ２への電力供給を継続しつつ、走行用バッテリＢ１の充電効率の低下を防ぐことができる。

［実施の形態２］
図３は、実施の形態２による充電システムを搭載した車両１Ａの全体ブロック図である。図３に示す車両１Ａは、上述の図１に示す車両１のサブＤＤＣ３０に代えて、サブＤＤＣ３０Ａおよび切替装置６０を設けたものである。その他の構造は、前述の図１に示す車両１と同じであるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。

サブＤＤＣ３０Ａは、切替装置６０を介して第１充電器１０および第２充電器２０に接続される。切替装置６０は、ＥＣＵ１００からの切替信号によって、サブＤＤＣ３０Ａを第１充電器１０に接続する状態と、サブＤＤＣ３０Ａを第２充電器２０に接続する状態とのどちらかに選択的に切り替えられる。

このような構成においては、第１充電器１０および第２充電器２０のうちの一方の充電器が故障した場合、故障していない他方の充電器にサブＤＤＣ３０Ａを接続し、メインＤＤＣ４を駆動することなく、サブＤＤＣ３０Ａを駆動して補機バッテリＢ２を充電するようにすればよい。これにより、補機バッテリＢ２への電力供給を継続しつつ、走行用バッテリＢ１の充電効率の低下を防ぐことができる。

図４は、実施の形態２によるＥＣＵ１００の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０が故障しているか否かを判定する（ステップＳ５０）。

第１充電器１０が故障している場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、切替装置６０を制御して、サブＤＤＣ３０Ａを第２充電器２０に接続する（ステップＳ６０）。そして、ＥＣＵ１００は、メインＤＤＣ４を駆動せずに、サブＤＤＣ３０を駆動してサブＤＤＣ３０で補機バッテリＢ２を充電する（ステップＳ６２）。また、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０を駆動して、第２充電器２０で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ６４）。

一方、第１充電器１０が故障していない場合（ステップＳ５０においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、切替装置６０を制御して、サブＤＤＣ３０Ａを第１充電器１０に接続する（ステップＳ７０）。そして、ＥＣＵ１００は、メインＤＤＣ４を駆動せずに、サブＤＤＣ３０を駆動してサブＤＤＣ３０で補機バッテリＢ２を充電する（ステップＳ７２）。その後、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０が故障しているか否かを判定する（ステップＳ７４）。第２充電器２０が故障している場合（ステップＳ７４においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、第２充電器２０を停止し、第１充電器１０を駆動して第１充電器１０で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ７６）。第２充電器２０が故障していない場合（ステップＳ７４においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、第１充電器１０および第２充電器２０を駆動して第１充電器１０および第２充電器２０の双方で走行用バッテリＢ１を充電する（ステップＳ７８）。

このように制御しても、補機バッテリＢ２への電力供給を継続しつつ、走行用バッテリＢ１の充電効率の低下を防ぐことができる。

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。本開示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。

１，１Ａ車両、２受電部、３充電装置、４メインＤＣ／ＤＣコンバータ、１０第１充電器、１１，２１ＰＦＣインバータ、１２，２２ＶＨ－ＤＣＤＣコンバータ、２０第２充電器、３０，３０ＡサブＤＣ／ＤＣコンバータ、６０切替装置、１００ＥＣＵ、２００外部電源、２１０充電コネクタ、Ｂ１走行用バッテリ、Ｂ２補機バッテリ。

Claims

車外からの交流電力を受ける受電部を備える車両の充電システムであって、
走行用電池と、
補機電池と、
前記走行用電池からの電力を電圧変換して前記補機電池に供給するメインコンバータと、
前記受電部と前記走行用電池との間に互いに並列に接続される複数の充電器とを備え、
前記複数の充電器の各々は、前記受電部からの交流を直流に変換する内部インバータと、前記内部インバータからの直流を電圧変換して前記走行用電池に供給する内部コンバータとを有し、
前記充電システムは、
前記複数の充電器のうちの一部の充電器の前記内部インバータと前記内部コンバータとの間の電力を電圧変換して前記補機電池に供給するサブコンバータと、
前記メインコンバータおよび前記サブコンバータを制御する制御装置とをさらに備え、
前記制御装置は、
前記サブコンバータが接続された前記一部の充電器の前記内部インバータが故障しているときには、前記サブコンバータを停止し、前記メインコンバータを駆動して前記補機電池を充電し、
前記サブコンバータが接続された前記一部の充電器の前記内部コンバータが故障しているときには、前記サブコンバータを駆動して前記補機電池を充電する、車両の充電システム。