JP7114967B2 - 電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置に関する。

従来、この種の電源装置としては、車両に搭載され、バッテリと、バッテリに電力ラインを介して接続されると共に外部給電装置からの外部コネクタと接続可能な車両コネクタと、電力ラインに設けられた充電用リレーと、電力ラインに設けられて電力ラインの電圧がオン閾値以上のときにオン信号を出力すると共に電力ラインの電圧がオン閾値未満のときにオン信号を出力しない電圧センサと、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、外部給電装置からの電力を用いてバッテリを充電する外部充電の実行中に電圧センサの出力異常が検知された際において、バッテリの端子間電圧と外部給電装置の供給電圧との電圧差が所定範囲内のときには、電圧センサの異常が発生したと判定し、この電圧差が所定範囲外で且つ供給電圧が電圧閾値よりも高いときには、車両コネクタや充電用リレーを含む電力ラインの異常が発生したと判定し、電圧差が所定範囲外で且つ供給電圧が電圧閾値以下のときには、外部給電装置の異常が発生したと判定する。

特開２０１６－１０１０３３号公報

上述の電源装置のように、バッテリの端子間電圧と外部給電装置の供給電圧との電圧差を用いて、電圧センサの異常と充電用リレーの異常とを判別する場合、外部給電装置の供給電圧を取得できないと、両者を判別することができない。

本発明の電源装置は、外部給電装置の供給電圧を用いずに、電圧センサの異常と充電用リレーの異常とを判別可能にすることを主目的とする。

本発明の電源装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電源装置は、
車両に搭載され、
蓄電装置と、
前記蓄電装置に電力ラインを介して接続されると共に外部給電装置からの外部コネクタと接続可能な車両コネクタと、
前記電力ラインに設けられた充電用リレーと、
前記電力ラインにおける前記充電用リレーよりも前記車両コネクタ側の電圧であるコネクタ側電圧が所定電圧以上のときにオン信号を出力すると共に前記コネクタ側電圧が前記所定電圧未満のときにオン信号を出力しない電圧センサと、
前記外部コネクタと前記車両コネクタとが接続されている状態で、前記外部給電装置からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する外部充電の実行が指示されたときには、前記充電用リレーにオン指令を出力し、前記電圧センサからのオン信号を検知すると、前記外部給電装置に充電指令を出力する制御装置と、
を備える電源装置であって、
前記制御装置は、
前記外部充電の実行が指示されたときに、前記充電用リレーにオン指令を出力しても前記電圧センサからのオン信号を検知しないときには、前記外部給電装置に判別用充電指令を出力し、
前記バッテリに電流が流れるときには、前記電圧センサが異常であると判定し、
前記バッテリに電流が流れないときには、前記充電用リレーが異常であると判定する、
ことを要旨とする。

この本発明の電源装置では、外部コネクタと車両コネクタとが接続されている状態で、外部給電装置からの電力を用いて蓄電装置を充電する外部充電の実行が指示されたときには、充電用リレーにオン指令を出力し、電圧センサからのオン信号を検知すると、外部給電装置に充電指令を出力する。そして、外部充電の実行が指示されたときに、充電用リレーにオン指令を出力しても電圧センサからのオン信号を検知しないときには、外部給電装置に判別用充電指令を出力し、バッテリに電流が流れるときには、電圧センサが異常であると判定し、バッテリに電流が流れないときには、充電用リレーが異常であると判定する。このようにすることにより、外部給電装置の供給電圧を用いずに、電圧センサの異常と充電用リレーの異常とを判別することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。 外部充電が指示されたときの、電子制御ユニット５０から充電用リレーＤＣＲに出力される指令と充電用リレーＤＣＲの状態と電圧センサ３９の出力とバッテリ３６の電流Ｉｂとの様子の一例を示す説明図である。

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、蓄電装置としてのバッテリ３６と、走行用リレーＳＭＲと、車両コネクタ４０と、充電用リレーＤＣＲと、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、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の駆動に用いられると共に電力ライン３８に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット５０によって、インバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。バッテリ３６は、例えば定格電圧が２００Ｖや２３０Ｖ、２５０Ｖなどの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、電力ライン３８に接続されている。

システムメインリレーＳＭＲは、電力ライン３８におけるバッテリ３６とインバータ３４との間に設けられており、電力ライン３８の正極側ラインに設けられた正極側リレーＳＭＲＢと、電力ライン３８の負極側ラインに設けられた負極側リレーＳＭＲＧと、を有する。システムメインリレーＳＭＲは、電子制御ユニット５０によってオンオフ制御される。

車両コネクタ４０は、電力ライン３８に接続され、外部給電装置７０からの外部コネクタ７２と接続可能に構成されている。充電用リレーＤＣＲは、電力ライン３８におけるシステムメインリレーＳＭＲよりもインバータ３４側と車両コネクタ４０との間に設けられており、電力ライン３８の正極側ラインに設けられた正極側リレーＤＣＲＢと、電力ライン３８の負極側ラインに設けられた負極側リレーＤＣＲＧと、を有する。充電用リレーＤＣＲは、電子制御ユニット５０によってオンオフ制御される。

電子制御ユニット５０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や、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。電子制御ユニット５０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５０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センサからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６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からのバッテリ３６の電流Ｉｂを挙げることができる。また、電力ライン３８における充電用リレーＤＣＲよりも車両コネクタ４０側に取り付けられた電圧センサ３９からのオンオフ信号や、車両コネクタ４０に取り付けられると共に車両コネクタ４０と外部給電装置７０からの外部コネクタ７２との接続の有無を検知する接続検知センサからの接続検知信号も挙げることができる。さらに、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、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度、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も挙げることができる。なお、電圧センサ３９は、電力ライン３８における充電用リレーＤＣＲよりも車両コネクタ４０側の電圧がバッテリ３６の定格電圧よりも低い所定電圧（例えば、バッテリ３６の定格電圧よりも数十Ｖ程度低い電圧など）以上のときには、オン信号を出力し、この電圧が所定電圧未満のときには、オン信号を出力しない。

電子制御ユニット５０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５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４への制御信号や、システムメインリレーＳＭＲへの制御信号、充電用リレーＤＣＲへの制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｍの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量（電力量）の割合である。また、電子制御ユニット５０は、無線により、または、車両コネクタ４０と外部充電装置７０からの外部コネクタ７２とが接続されているときに有線により、外部給電装置７０と通信可能となっている。

なお、実施例の「電源装置」としては、主として、バッテリ３６と車両コネクタ４０と充電用リレーＤＣＲと電圧センサ３９と電子制御ユニット５０とが該当する。

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、自宅や充電スポットで外部充電装置７０からの外部コネクタ７２と電気自動車２０の車両コネクタ４０とが接続され、外部給電装置７０からの電力を用いてバッテリ３６を充電する外部充電が指示されたときの動作について説明する。なお、外部充電の指示は、例えば、外部給電装置７０に設けられた図示しない充電開始スイッチが操作されることにより行なわれる。図２は、電子制御ユニット５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。実施例では、電子制御ユニット５０は、外部充電が指示されると、システムメインリレーＳＭＲをオンにした後に図２の処理ルーチンを実行する。

図２の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、最初に、充電用リレーＤＣＲにオン指令を出力し（ステップＳ１００）、電圧センサ３９からのオン信号を検知したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。システムメインリレーＳＭＲがオンのときを考えているから、充電用リレーＤＣＲが電子制御ユニット５０からのオン指令により正常にオンされると、電力ライン３８における充電用リレーＤＣＲよりも車両コネクタ４０側の電圧であるコネクタ側電圧は、バッテリ３６の電圧Ｖｂに略等しくなる。このため、電圧センサ３９が正常であるときには、電子制御ユニット５０は、電圧センサ３９からのオン信号を検知する。これに対して、充電用リレーＤＣＲが正常にオンしないとき（オフ故障が生じているとき）や電圧センサ３９が正常にオン信号を出力しないときには、電子制御ユニット５０は、電圧センサ３９からのオン信号を検知しない。ステップＳ１１０の処理は、充電用リレーＤＣＲおよび電圧センサ３９が正常であるか否かを判断する処理である。

ステップＳ１１０で電圧センサ３９からのオン信号を検知したときには、充電用リレーＤＣＲおよび電圧センサ３９が正常であると判定し（ステップＳ１２０）、外部充電の実行を許可して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。外部充電の実行を許可すると、電子制御ユニット５０は、充電開始指令を外部給電装置７０に送信し、外部給電装置７０は、充電開始指令を受信すると、電気自動車２０への電力供給を開始する。これにより、外部充電が行なわれる。そして、電子制御ユニット５０は、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが所定割合Ｓｅｎｄ（例えば、９０％や９５％、１００％など）に至ると、充電終了指令を外部給電装置７０に送信し、外部給電装置７０は、充電終了指令を受信すると、電気自動車２０への電力供給を終了する。これにより、外部充電が終了される。

ステップＳ１１０で電圧センサ３９からのオン信号を検知しないときには、充電用リレーＤＣＲまたは電圧センサ３９が異常である（何れの異常であるかはこの段階では判別していない）と判断し、外部給電装置７０に判別用充電指令を送信する（ステップＳ１４０）。外部給電装置７０は、判別用充電指令を受信すると、所定時間に亘って電気自動車２０に電力（電流）を供給する。

続いて、電流センサ３６ｂからバッテリ３６の電流Ｉｂを入力し（ステップＳ１５０）、入力したバッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値が正であるかゼロであるかを判定する（ステップＳ１６０）。そして、バッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値が正であるときには、充電用リレーＤＣＲが正常であり外部給電装置７０からの電力がバッテリ３６に供給されていると考えられるから、電圧センサ３９が異常であると判定し（ステップＳ１７０）、外部充電の実行を禁止して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。一方、バッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値がゼロであるときには、外部給電装置７０からの電力がバッテリ３６に供給されていないと考えられるから、充電用リレーＤＣＲが異常である（オフ故障している）と判定して（ステップＳ１８０）、外部充電の実行を禁止して（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。このようにすることにより、外部給電装置７０の供給電圧（外部給電装置７０が備える電圧センサにより検出される値）を用いずに、電圧センサ３９の異常と充電用リレーＤＣＲの異常とを判別することができる。また、外部充電の実行を禁止すると、外部充電が行なわれない。

図３は、外部充電が指示されたときの、電子制御ユニット５０から充電用リレーＤＣＲに出力される指令と充電用リレーＤＣＲの状態と電圧センサ３９の出力とバッテリ３６の電流Ｉｂとの様子の一例を示す説明図である。図３の実線および破線の場合、時刻ｔ１に電子制御ユニット５０から充電用リレーＤＣＲにオン指令を出力しても、電子制御ユニット５０は、電圧センサ３９からのオン信号を検知しない。このとき、電子制御ユニット５０は、充電用リレーＤＣＲまたは電圧センサ３９が異常であると判定する（何れの異常であるかはこの段階では判別していない）。そして、その後に判別用充電指令を電子制御ユニット５０から外部給電装置７０に送信する。実線の場合、時刻ｔ２にバッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値が正になるから、電圧センサ３９の異常であると判断する。一方、破線の場合、時刻ｔ２でもバッテリ３６の電流Ｉｂがゼロであるから、充電用リレーＤＣＲが異常であると判断する。このようにして、外部給電装置７０の供給電圧（外部給電装置７０が備える電圧センサにより検出される値）を用いずに、電圧センサ３９の異常と充電用リレーＤＣＲの異常とを判別することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０に搭載される電源装置では、電子制御ユニット５０は、外部充電が指示されたときに充電用リレーＤＣＲにオン指令を出力しても電圧センサ３９からのオン信号を検知しないときには、外部給電装置７０に判別用充電指令を送信し、バッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値が正のときには、電圧センサ３９が異常であると判定し、バッテリ３６の電流Ｉｂの絶対値がゼロのときには、充電用リレーＤＣＲが異常であると判定する。このようにして、外部給電装置７０の供給電圧（外部給電装置７０が備える電圧センサにより検出される値）を用いずに、電圧センサ３９の異常と充電用リレーＤＣＲの異常とを判別することができる。

実施例の電気自動車２０に搭載される電源装置では、充電用リレーＤＣＲまたは電圧センサ３９が異常であると判定したときには、外部充電の実行を禁止するものとしたが、電圧センサ３９が異常であるとき（充電用リレーＤＣＲが正常であるとき）には、外部充電の実行を許可するものとしてもよい。これは、充電用リレーＤＣＲが正常であれば、電圧センサ３９に異常が生じていてもバッテリ３６を充電できるためである。

実施例の電気自動車２０に搭載される電源装置では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、これに代えて、キャパシタを用いるものとしてもよい。

実施例では、電気自動車２０に搭載される電源装置の形態としたが、ハイブリッド自動車に搭載される電源装置の形態としてもよいし、自動車以外の車両や船舶、航空機などの移動体に搭載される電源装置の形態としてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載される電源装置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、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、車両コネクタ４０が「車両コネクタ」に相当し、充電用リレーＤＣＲが「充電用リレー」に相当し、電圧センサ３９が「電圧センサ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」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、電源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、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ、３８ 電力ライン、３９ 電圧センサ、４０ 車両コネクタ、５０ 電子制御ユニット、７０ 外部給電装置、７２ 外部コネクタ。

Claims (1)

1. 車両に搭載され、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置に電力ラインを介して接続されると共に外部給電装置からの外部コネクタと接続可能な車両コネクタと、
   前記電力ラインに設けられた充電用リレーと、
   前記電力ラインにおける前記充電用リレーよりも前記車両コネクタ側の電圧であるコネクタ側電圧が所定電圧以上のときにオン信号を出力すると共に前記コネクタ側電圧が前記所定電圧未満のときにオン信号を出力しない電圧センサと、
   前記外部コネクタと前記車両コネクタとが接続されている状態で、前記外部給電装置からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する外部充電の実行が、前記外部給電装置に設けられたスイッチの操作に基づいて指示されたときには、前記充電用リレーにオン指令を出力し、前記電圧センサからのオン信号を検知すると、前記外部給電装置に充電指令を出力する制御装置と、
   を備える電源装置であって、
   前記制御装置は、
   前記外部充電の実行が指示されたときに、前記充電用リレーにオン指令を出力しても前記電圧センサからのオン信号を検知しないときには、前記外部給電装置に、所定時間に亘って前記車両に電力を供給させるための判別用充電指令を出力し、
   前記蓄電装置に電流が流れるときには、前記電圧センサに異常が生じていると判定し、
   前記蓄電装置に電流が流れないときには、前記充電用リレーに異常が生じていると判定する、
   電源装置。
   

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