JP7378982B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車などの車両に用いられる充電制御装置に関する。

従来、エンジンおよび走行のための駆動源である駆動モータを搭載したハイブリッド車が知られている。たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車では、エンジンの動力が発電モータで電力に変換され、その電力で駆動モータが駆動されて、その駆動モータの動力が駆動輪に伝達される。

ハイブリッド車には、補機などの駆動のための電力を蓄える補機バッテリと、駆動モータの駆動のための電力を蓄える高電圧バッテリとが備えられている。また、ハイブリッド車には、駆動モータを駆動するためのインバータが備えられている。高電圧バッテリからインバータに直流電力が供給され、インバータで直流電力が交流電力に変換されて、その交流電力が駆動モータに供給されることにより、駆動モータが駆動される。

高電圧バッテリとインバータとの間には、システムメインリレーが介在されている。車両のイグニッションスイッチがオフ（ＩＧオフ）の状態では、システムメインリレーがオフ（開）にされて、高電圧バッテリがインバータから電気的に切り離される。イグニッションスイッチがオンにされると、補機バッテリからＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に電源が供給されて、ＥＣＵが起動し、ＥＣＵからの指令によりシステムメインリレーがオンにされる。システムメインリレーのオンにより、高電圧バッテリとインバータとが電気的に接続され、駆動モータが駆動可能な状態、つまり車両が走行可能な状態となる。

ところが、車両が長期にわたって放置されると、その間に暗電流による電力消費や補機バッテリの自己放電などにより補機バッテリの充電量が低下し、システムメインリレーをオンにできなくなるおそれがある。そこで、ＩＧオフから所定時間が経過した時点で、高電圧バッテリの充電量が所定以上であれば、システムメインリレーをオンにし、高電圧バッテリと補機バッテリとの間に設けられているＤＣ－ＤＣコンバータを作動させて、高電圧バッテリの電圧を降圧して補機バッテリに供給することにより、補機バッテリを充電する技術が提案されている。

特開２０１６－５２８６９号公報

しかしながら、補機バッテリの充電のためにシステムメインリレーがオンにされると、高電圧バッテリがインバータと電気的に接続され、インバータに内蔵されているコンデンサが高電圧バッテリの電力で充電されるので、電力が無駄に消費されてしまう。

本発明の目的は、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電する際の電力の無駄な消費を抑制できる、充電制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る充電制御装置は、モータの駆動電力を蓄える第１バッテリと、モータ以外の電気負荷の駆動電力を蓄える第２バッテリと、第１バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータとを搭載した車両に用いられる充電制御装置であって、第１バッテリとインバータとの間に設けられる第１リレーと、第１バッテリと第２バッテリとの間に設けられる第２リレーと、第２バッテリの電圧が所定値以下である場合に、第１リレーをオフにした状態で第２リレーをオンにして、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電し、第２バッテリの充電終了後に第２リレーをオフにするリレー開閉制御手段とを含む。

この構成によれば、第２バッテリの電圧が所定値以下である場合、第１リレーがオフにされて、第１バッテリとインバータとが電気的に切り離された状態で、第２リレーがオンにされて、第１バッテリと第２バッテリとが電気的に接続される。これにより、インバータに内蔵されているコンデンサが第１バッテリの電力で無駄に充電されることなく、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電することができる。その結果、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電することができながら、その充電の際の電力の無駄な消費を抑制することができる。

第１リレーおよび第２リレーは、第１バッテリのプラス端子と接続されていてもよい。

発電制御装置は、第１バッテリと第２バッテリとの間に設けられるＤＣ－ＤＣコンバータをさらに含む構成であってもよい。この場合、ＤＣ－ＤＣコンバータは、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータであることが好ましい。これにより、第１バッテリが高電圧バッテリである場合に、第１バッテリの絶縁状態を良好に保つことができる。

リレー開閉制御手段は、第２バッテリの電圧が所定値以下であって、第１バッテリのＳＯＣ（State Of Charge）が所定の閾値以上である場合に、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電してもよい。これにより、第２バッテリを確実に充電することができる。ＳＯＣは、第１バッテリの充電容量（満充電量）に対する充電残量の比率である。

また、リレー開閉制御手段は、車両のイグニッションスイッチがオフの状態で、定期的に自己起動して、第２バッテリの電圧を確認する構成であってもよい。これにより、イグニッションスイッチがオフの間に、第２バッテリの充電量が低下し過ぎることを抑制できる。

本発明によれば、第１バッテリの電力で第２バッテリを充電する際の電力の無駄な消費を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る充電制御装置が適用された車両の要部構成を示す図である。 補機バッテリの充電を制御するための処理の流れを示すフローチャートである。 変形例を示す図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜車両の要部構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る充電制御装置が適用された車両の要部構成を示す図である。

この車両は、モータジェネレータ（ＭＧ）１を搭載したハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）である。モータジェネレータ１は、電動機および発電機として機能するものであり、たとえば、ＤＣブラシレスモータからなる。モータジェネレータ１の動力は、デファレンシャルギヤ（図示せず）などを介して、左右の駆動輪に伝達される。

また、車両には、高電圧バッテリ２、補機バッテリ３、インバータ４およびＤＣ－ＤＣコンバータ５が搭載されている。

高電圧バッテリ２は、モータジェネレータ１の電源として使用される組電池であり、たとえば、リチウムイオン電池からなる。高電圧バッテリ２は、たとえば、約２００～３５０Ｖの直流電力を出力する。

補機バッテリ３は、モータジェネレータ１以外の補機などの電気負荷の電源として使用される二次電池であり、１２Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する鉛蓄電池からなる。

インバータ４は、三相電圧形インバータの回路構成を有している。すなわち、インバータ４には、三相ブリッジ回路、平滑コンデンサおよびフィルタコンデンサなどが含まれる。

ＤＣ－ＤＣコンバータ５は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。

インバータ４およびＤＣ－ＤＣコンバータ５には、リレー回路６を介して、高電圧バッテリ２が接続されている。また、インバータ４は、モータジェネレータ１に接続されている。ＤＣ－ＤＣコンバータ５の出力側（二次側）は、補機バッテリ３に接続されている。

リレー回路６には、第１プラス配線１１、第１マイナス配線１２、第２プラス配線１３および第２マイナス配線１４が含まれる。

第１プラス配線１１および第１マイナス配線１２の一端は、それぞれ高電圧バッテリ２のプラス端子およびマイナス端子に接続されている。第１プラス配線１１および第１マイナス配線１２の各他端は、インバータ４に接続されている。第１プラス配線１１および第１マイナス配線１２には、それぞれリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧが介装されている。また、第１マイナス配線１２には、プリチャージリレーＳＭＲＰおよびプリチャージ抵抗Ｒｐの直列回路からなるプリチャージ回路１５がリレーＳＭＲＧと並列に接続されている。

第２プラス配線１３の一端は、高電圧バッテリ２のプラス端子に接続されている。第２マイナス配線１４の一端は、第１マイナス配線１２におけるリレーＳＭＲＧとインバータ４との間に分岐して接続されている。第２プラス配線１３および第２マイナス配線１４の各他端は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５に接続されている。第２プラス配線１３には、リレーＳＭＲＤが介装されている。

また、車両には、ＢＭＳ－ＥＣＵ（Battery Management System Electronic Control Unit：バッテリマネジメントシステム電子制御ユニット）２１が搭載されている。図１には、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１のみが示されているが、車両には、各部を制御するため、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１を含む複数のＥＣＵが搭載されている。各ＥＣＵには、マイコンが内蔵されている。ＢＭＳ－ＥＣＵ２１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、補機バッテリ３から動作電力（電源）の供給を受けて、ＤＣ－ＤＣコンバータ５の動作を制御し、また、リレー回路６のリレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧ，ＳＭＲＧおよびプリチャージリレーＳＭＲＰのオン／オフを制御する。

＜補機バッテリ充電制御＞
図２は、補機バッテリ３の充電を制御するための処理の流れを示すフローチャートである。

車両のイグニッションスイッチがオンの状態では、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオン（導通状態）になっている。モータジェネレータ１がモータとして機能するときには、高電圧バッテリ２からインバータ４に直流電力が供給され、インバータ４で直流電力が交流電力に変換されて、その交流電力がモータジェネレータ１に供給されることにより、モータジェネレータ１が駆動される。一方、モータジェネレータ１が発電機として機能するときには、モータジェネレータ１で発生する交流電力がインバータ４で直流電力に変換されて、その直流電力が高電圧バッテリ２に入力されることにより、高電圧バッテリ２が充電される。

イグニッションスイッチがオフにされると、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１により、リレーＳＭＲＢ，ＳＭＲＧがオンからオフ（遮断状態）に切り替えられる。これにより、高電圧バッテリ２がインバータ４から電気的に切り離される。また、イグニッションスイッチがオフにされると、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１の動作が停止する。

イグニッションスイッチがオフである間、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、定期的に自己起動する。そして、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、自己起動の度に、補機バッテリ３の電圧を取得して、補機バッテリ３の電圧が所定の第１電圧値まで低下しているか否かを判断する（ステップＳ１）。補機バッテリ３の電圧が第１電圧値よりも高い場合（ステップＳ１のＮＯ）、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１による処理は以降に進まず、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１の動作が再び停止する。

補機バッテリ３の電圧が第１電圧値以下に低下した場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、高電圧バッテリ２の充電状態を表すＳＯＣが所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。イグニッションスイッチがオンの状態において、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、高電圧バッテリ２のＳＯＣを繰り返し演算している。すなわち、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１には、高電圧バッテリ２を充電する充電電流と高電圧バッテリ２から放電される放電電流とを区別して検出可能な電流センサが接続されている。ＢＭＳ－ＥＣＵ２１では、電流センサの検出信号から充電電流および放電電流の電流値が取得されて、充電電流または放電電流の電流値の積分により、高電圧バッテリ２への充電量および高電圧バッテリ２からの放電量が算出される。そして、それらの電気量（充電量、放電量）の積算により、高電圧バッテリ２の充電残量が算出され、その充電残量からＳＯＣが演算される。演算されたＳＯＣは、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１に内蔵されているバックアップ機能付きのメモリに更新して記憶される。したがって、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、メモリに記憶されているＳＯＣが所定の閾値以上であるか否かを判断する。

高電圧バッテリ２のＳＯＣが閾値未満である場合（ステップＳ２のＮＯ）、高電圧バッテリ２の充電残量が少ないので、図２に示される処理が終了されて、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１の動作が再び停止する。

高電圧バッテリ２のＳＯＣが閾値以上であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、まず、プリチャージリレーＳＭＲＰをオンにし、次に、リレーＳＭＲＤをオンにする（ステップＳ３）。これにより、高電圧バッテリ２から出力される電流がプリチャージ抵抗Ｒｐを流れ、ＤＣ－ＤＣコンバータ５に内蔵されているコンデンサが充電（プリチャージ）される。このコンデンサの充電により、高電圧バッテリ２の出力電圧とコンデンサの電圧との差が小さくなった後に、リレーＳＭＲＧがオンにされる（ステップＳ３）。これにより、リレー回路６を突入電流が流れることを抑制でき、突入電流によるリレーＳＭＲＤ，ＳＭＲＧの接点の溶着の発生を抑制することができる。

高電圧バッテリ２の出力電圧とコンデンサの電圧との差がなくなり、プリチャージが完了すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、プリチャージリレーＳＭＲＰをオフにする（ステップＳ５）。そして、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５を始動させる（ステップＳ６）。ＤＣ－ＤＣコンバータ５が動作することにより、高電圧バッテリ２から出力される直流電力が所定の充電電圧に降圧され、その降圧された直流電力が補機バッテリ３に供給されて、補機バッテリ３が充電される。

その後、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、補機バッテリ３の電圧が所定の第２電圧値以上に上昇したか否かを判断する（ステップＳ７）。第２電圧値は、第１電圧値と同じ値であってもよいし、第１電圧値よりも大きい値であってもよい。

補機バッテリ３の電圧が第２電圧値以上に上昇すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、ＤＣ－ＤＣコンバータ５を停止させる（ステップＳ８）。これにより、補機バッテリ３の充電が停止する。その後、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１は、リレーＳＭＲＤ，ＳＭＲＧをオフにして、図２に示される処理を終了する。

＜作用効果＞
以上のように、車両のイグニッションスイッチがオフの状態で、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１が定期的に自己起動して、補機バッテリ３の電圧が所定値以下である場合、高電圧バッテリ２からの直流電力の供給による補機バッテリ３の充電が行われる。そのため、イグニッションスイッチがオフの間に、補機バッテリ３の充電量が低下し過ぎること（バッテリ上がりの発生）を抑制できる。

補機バッテリ３の電圧が所定値以下である場合、補機バッテリ３の充電のため、リレーＳＭＲＢがオフにされて、高電圧バッテリ２とインバータ４とが電気的に切り離された状態で、リレーＳＭＲＤがオンにされて、高電圧バッテリ２と補機バッテリ３とが電気的に接続される。これにより、インバータ４に内蔵されている平滑コンデンサなどが高電圧バッテリ２の電力で無駄に充電されることなく、高電圧バッテリ２の電力で補機バッテリ３を充電することができる。その結果、高電圧バッテリ２の電力で補機バッテリ３を充電することができながら、その充電の際の電力の無駄な消費を抑制することができる。

また、補機バッテリ３の充電の際には、ＢＭＳ－ＥＣＵ２１以外の他のＥＣＵを起動させる必要がないので、他のＥＣＵを起動させないことにより、他のＥＣＵへの無駄な動作電力の供給を防止でき、無駄な電力消費を一層抑制することができる。

高電圧バッテリ２と補機バッテリ３との間には、高電圧バッテリ２からの直流電力を降圧させるＤＣ－ＤＣコンバータ５が設けられている。ＤＣ－ＤＣコンバータ５は、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータである。これにより、高電圧バッテリ２の絶縁状態を良好に保ちながら、高電圧バッテリ２からの直流電力で補機バッテリ３を充電することができる。

ＤＣ－ＤＣコンバータ５に供給される電流は、インバータ４に供給される電流よりも明確に小さいので、リレーＳＭＲＤには、リレーＳＭＲＢよりも小型で安価なものを用いることができる。

また、高電圧バッテリ２のＳＯＣが所定の閾値未満である場合には、高電圧バッテリ２からの直流電力の供給による補機バッテリ３の充電が行われず、高電圧バッテリ２のＳＯＣが閾値以上である場合に、補機バッテリ３の充電が行われる。これにより、補機バッテリ３の充電途中で高電圧バッテリ２が残量不足に陥ることを防止でき、補機バッテリ３を確実に充電することができる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、図１に示される構成では、第２マイナス配線１４の一端が第１マイナス配線１２におけるリレーＳＭＲＧとインバータ４との間に分岐して接続されている。しかしながら、図３に示されるように、第２マイナス配線１４の一端が高電圧バッテリ２のマイナス端子に接続されてもよい。

また、前述の実施形態では、本発明に係る技術がハイブリッド車に適用された場合を例にとったが、本発明に係る技術は、ハイブリッド車に限らず、モータを走行用の駆動源として搭載した車両であれば、エンジンを搭載していない電気自動車に適用することもできる。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：モータジェネレータ（モータ）
２：高電圧バッテリ（第１バッテリ）
３：補機バッテリ（第２バッテリ）
４：インバータ
２１：ＢＭＳ－ＥＣＵ（リレー開閉制御手段）
ＳＭＲＢ：リレー（第１リレー）
ＳＭＲＤ：リレー（第２リレー）

Claims (2)

1. モータの駆動電力を蓄える第１バッテリと、前記モータ以外の電気負荷の駆動電力を蓄える第２バッテリと、前記第１バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータとを搭載した車両に用いられる充電制御装置であって、
   前記第１バッテリと前記インバータとの間に設けられる第１リレーと、
   前記第１バッテリと前記第２バッテリとの間に設けられる第２リレーと、
   前記第２バッテリの電圧が所定値以下である場合に、前記第１バッテリの充電容量に対する充電残量の比率が閾値以上であるか否かを判断し、前記比率が前記閾値以上であれば、前記第１リレーをオフにした状態で前記第２リレーをオンにして、前記第１バッテリの電力で前記第２バッテリを充電し、前記第２バッテリの充電終了後に前記第２リレーをオフにするリレー開閉制御手段とを含む、充電制御装置。
2. 前記リレー開閉制御手段は、前記車両のイグニッションスイッチがオフにされると動作を停止し、前記イグニッションスイッチがオフである間、定期的に自己起動して、前記第２バッテリの電圧を確認する、請求項１に記載の充電制御装置。

Images