JP7563246B2

JP7563246B2 - 充放電制御装置

Info

Publication number: JP7563246B2
Application number: JP2021037629A
Authority: JP
Inventors: 慎吾小鮒; 亮平大川内
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2024-10-08
Anticipated expiration: 2041-03-09
Also published as: EP4056403A1; JP2022137907A

Description

本発明は、充放電制御装置に関する。

一般的に、イグニッションオフかつ充電中の電気自動車では、充電に用いる以外のＥＣＵ（Electronic Control Unit）には給電していないため、衝突検出センサを有するＥＣＵに給電されておらず、衝突を検知できない。

特許文献１には、イグニッションオフかつ充電中でもＥＣＵに給電し、衝突を検知すると、高電圧バッテリとパワードライブユニットとの間のスイッチをオフすることが記載されている。

特開２０１１－２１７５４４号公報

しかしながら、このような制御装置では、充電に寄与しないＥＣＵに給電する必要があるため、電力を余分に消費してしまい、充電効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、イグニッションオフかつ充電中であっても、余分な電力を消費することなく衝突を検知して、高電圧バッテリを電気的に切り離すことができる充放電制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため本発明は、主電源である高電圧バッテリと、外部電源の充電コネクタを接続されて前記高電圧バッテリに電力を供給する充電口と、前記高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、前記高電圧バッテリと前記インバータ及び前記充電口との間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両の充放電制御装置であって、前記コンタクタの断接を切り替えるコンタクタ切替制御部を備え、前記コンタクタ切替制御部は、前記外部電源から前記充電口を介して前記高電圧バッテリに電力が供給されているときに、前記車両の速度が第１の車速以上の場合には、前記コンタクタをオフ状態とするものである。

このように、本発明によれば、イグニッションオフかつ充電中であっても、余分な電力を消費することなく衝突を検知して、高電圧バッテリを電気的に切り離すことができる。

図１は、本発明の第１実施例に係る充放電制御装置の概略構成図である。図２は、本発明の第１実施例に係る充放電制御装置の処理の手順を示すフローチャートである。図３は、本発明の第２実施例に係る充放電制御装置の概略構成図である。図４は、本発明の第２実施例に係る充放電制御装置の処理の手順を示すフローチャートである。

本発明の一実施の形態に係る充放電制御装置は、主電源である高電圧バッテリと、外部電源の充電コネクタを接続されて高電圧バッテリに電力を供給する充電口と、高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、高電圧バッテリとインバータ及び充電口との間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両の充放電制御装置であって、コンタクタの断接を切り替えるコンタクタ切替制御部を備え、コンタクタ切替制御部は、外部電源から充電口を介して高電圧バッテリに電力が供給されているときに、車両の速度が第１の車速以上の場合には、コンタクタをオフ状態とするよう構成されている。

これにより、本発明の一実施の形態に係る充放電制御装置は、イグニッションオフかつ充電中であっても、余分な電力を消費することなく衝突を検知して、高電圧バッテリを電気的に切り離すことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る充放電制御装置について詳細に説明する。

（第１実施例）
図１において、本発明の第１実施例に係る充放電制御装置を搭載した車両１は、モータ２と、インバータ３と、高電圧バッテリ４と、コンタクタ切替制御部５とを含んで構成される。

モータ２は、例えば、複数の永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコイルが巻きつけられたステータと、を備えた同期型モータで構成される。モータ２は、ステータコイルに三相交流電力が印加されることでステータに回転磁界が形成され、この回転磁界によりロータが回転して駆動力を生成する。

また、モータ２は、発電時における回転抵抗を車両１の制動に利用するように駆動される。これにより、モータ２は、回生によって発電できる機能を有する。このように、モータ２は、発電機としても機能し、高電圧バッテリ４を充電するための電力を生成できるようになっている。

モータ２の回転軸は、図示しない減速機、駆動軸等を介して駆動輪８に連結されている。モータ２は、減速機、駆動軸等を介して駆動輪８を駆動する。

モータ２には、モータ２の回転速度を検出する回転速度センサ２１が設けられている。回転速度センサ２１は、車両１が前進する場合の回転方向の回転を正の回転速度として出力する。

インバータ３は、三相交流電力をモータ２に供給する。また、インバータ３は、モータ２が発電した三相交流電力を直流電力に変換して高電圧バッテリ４を充電する。

インバータ３と高電圧バッテリ４を接続する入力端子の正極と負極の間には、平滑化コンデンサ３１が接続されている。平滑化コンデンサ３１は、正極と負極との間に生じた直流電力の電圧を平滑化する。

高電圧バッテリ４は、例えば、ニッケル蓄電池やリチウム蓄電池等からなり、複数のセルを直列に接続して構成されている。高電圧バッテリ４は、インバータ３を介してモータ２に電力を供給する。高電圧バッテリ４の充放電電流、電圧及びバッテリ温度は、コンタクタ切替制御部５で検出できるようになっている。

インバータ３と高電圧バッテリ４の間の負極側にはコンタクタとしての負極側コンタクタ４１が設けられている。インバータ３と高電圧バッテリ４の間の正極側にはコンタクタとしての正極側コンタクタ４２が設けられている。正極側コンタクタ４２には、正極側コンタクタ４２と並列に、プリチャージコンタクタ４３とプリチャージ抵抗４４が直列に接続された回路が接続されている。

負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２は、コンタクタ切替制御部５の制御に応じて、インバータ３と高電圧バッテリ４とを電気的に接続するオン状態と、インバータ３と高電圧バッテリ４とを電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

プリチャージコンタクタ４３は、コンタクタ切替制御部５の制御に応じて、プリチャージ抵抗４４を正極側コンタクタ４２に並列に接続するオン状態と、プリチャージ抵抗４４を正極側コンタクタ４２から電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

例えば、プリチャージコンタクタ４３は、モータ２が作動する前にオン状態をとり、正極側コンタクタ４２がオン状態をとったあとにオフ状態をとるように制御される。

高電圧バッテリ４には、インバータ３と並列に、普通充電コネクタ６と急速充電コネクタ７が接続されている。

高電圧バッテリ４と普通充電コネクタ６との間には、変換器６１が接続されている。変換器６１は、交流の外部電源の充電口としての普通充電コネクタ６に供給される交流の電力を直流の電力に変換する。

高電圧バッテリ４と普通充電コネクタ６との接続経路の一方には、コンタクタとしての普通充電コンタクタ６２が設けられている。普通充電コンタクタ６２は、コンタクタ切替制御部５の制御に応じて、高電圧バッテリ４と普通充電コネクタ６とを電気的に接続するオン状態と、高電圧バッテリ４と普通充電コネクタ６とを電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

普通充電コネクタ６は、交流の外部電源の充電コネクタが接続されているか否かを検出してコンタクタ切替制御部５に通知するようになっている。

高電圧バッテリ４と急速充電コネクタ７との間の負極側には、コンタクタとしての負極側急速充電コンタクタ７１が設けられている。高電圧バッテリ４と急速充電コネクタ７との間の正極側には、コンタクタとしての正極側急速充電コンタクタ７２が設けられている。

負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２は、コンタクタ切替制御部５の制御に応じて、高電圧バッテリ４と急速充電コネクタ７とを電気的に接続するオン状態と、高電圧バッテリ４と急速充電コネクタ７とを電気的に遮断するオフ状態とのいずれか一方の状態をとるようになっている。

高電圧バッテリ４は、車両１外部に設置された充電設備の直流の外部電源の充電コネクタが充電口としての急速充電コネクタ７に接続されることにより、直流の外部電源から供給された電力により充電される。急速充電コネクタ７は、直流の外部電源の充電コネクタが接続されているか否かを検出してコンタクタ切替制御部５に通知するようになっている。

コンタクタ切替制御部５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

コンタクタ切替制御部５のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをコンタクタ切替制御部５として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、コンタクタ切替制御部５として機能する。

コンタクタ切替制御部５の入力ポートには、前述のインバータ３と、回転速度センサ２１に加え、車速センサ５１を含む各種センサ類が接続されている。車速センサ５１は、車両１の速度を検出する。

一方、コンタクタ切替制御部５の出力ポートには、前述の負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、プリチャージコンタクタ４３、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１、正極側急速充電コンタクタ７２を含む各種制御対象類が接続されている。

第１実施例において、コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、車両１の速度が所定の第１の車速以上となった場合、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。第１の車速は、衝突を検出可能な車両１の速度で、実験等により求められる値であり、例えば1km/hである。

コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、モータ２の回転速度が所定の第１の回転速度以上となった場合、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。第１の回転速度は、衝突を検出可能なモータ２の回転速度で、実験等により求められる値であり、例えば100rpmである。

コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２がオフ状態に切り替わると、平滑化コンデンサ３１の電力をインバータ３により単相でモータ２へ放電させる。

以上のように構成された第１実施例に係る充放電制御装置による充電制御処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明する充電制御処理は、普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７に外部電源の充電コネクタが接続されたことを検出すると開始される。

ステップＳ１０１において、コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオン状態とし、普通充電コネクタ６に外部電源の充電コネクタが接続されている場合には、普通充電コンタクタ６２をオン状態とし、急速充電コネクタ７に外部電源の充電コネクタが接続されている場合には、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオン状態として、高電圧バッテリ４への充電を開始させる。ステップＳ１０１の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ１０２の処理を実行する。

ステップＳ１０２において、コンタクタ切替制御部５は、高電圧バッテリ４の充電が完了したか否かを判定する。コンタクタ切替制御部５は、例えば、高電圧バッテリ４の推定ＳＯＣ（State of Charge）や電圧値、内部抵抗値などを用いて高電圧バッテリ４の充電が完了したか否かを判定する。

高電圧バッテリ４の充電が完了したと判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、充電制御処理を終了する。高電圧バッテリ４の充電が完了していないと判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ１０３の処理を実行する。

ステップＳ１０３において、コンタクタ切替制御部５は、車両１の車速が第１の車速以上である、または、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上である、か否かを判定する。

車両１の車速が第１の車速以上である、または、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上である、と判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ１０４の処理を実行する。車両１の車速が第１の車速以上でない、かつ、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上でない、と判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ１０２の処理を実行する。

ステップＳ１０４において、コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。ステップＳ１０４の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ１０５の処理を実行する。

ステップＳ１０５において、コンタクタ切替制御部５は、平滑化コンデンサ３１を放電する。ステップＳ１０５の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、充電制御処理を終了する。

このように、第１実施例では、コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、車両１の速度が所定の第１の車速以上となった場合、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。

衝突検出センサを備えたＥＣＵが機能しない充電中であっても、車速により衝突があったと判定し、イグニッションオフかつ充電中であっても、余分な電力を消費することなく衝突を検知して、高電圧経路を遮断することができる。これにより、衝突後に人が高電圧部品に触れた際の感電リスクを低減させることができる。また、パーキングロック機能が無く、サイドブレーキの制動力により駆動輪を停止させる車両では、衝突以外の要素、例えば、勾配が大きな坂路であったり、サイドブレーキによる制動力が不十分であったりする場合でも駆動輪が動くおそれがあり、そういった状況においても、高電圧経路を遮断することができる。

また、コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、モータ２の回転速度が所定の第１の回転速度以上となった場合、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。

モータ２と駆動輪８が直結していることから、車速だけでなくモータ２の回転速度からも衝突の有無を判定することが可能であり、イグニッションオフかつ充電中であっても、余分な電力を消費することなく、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上であれば衝突を検知して、コンタクタを非接続状態に切り替えることで、衝突後に人が高電圧部品に触れた際の感電リスクを低減させることができる。

また、コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２がオフ状態に切り替わると、平滑化コンデンサ３１の電力をインバータ３により単相でモータ２へ放電させる。

衝突判定され、コンタクタがオフ状態に切り替わった後、平滑化コンデンサ３１に溜まった電力が、インバータ３により単相でモータ２へ速やかに放電される。これにより、モータ２を回転させずに速やかに平滑化コンデンサ３１を放電させることができ、衝突後に人が高電圧部品に触れた際の感電リスクを低減させることができる。また、モータ２を回転させずに放電させているため、衝突後に車両１がさらに動いてしまうことを抑えることができる。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明する。ここで、第２実施例は第１実施例と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。

図３において、本発明の第２実施例に係る充放電制御装置を搭載した車両１００は、外部通信部９を備えている。

外部通信部９は、所定の無線ネットワークなどの通信媒体を介して車外の外部サーバー１１０等と通信して情報の送受信を行なう。

外部サーバー１１０は、所定の無線ネットワークなどの通信媒体を介して車両１００の所有者のスマートフォン等の情報受信機器１１１に、メールやメッセージ等により情報を送信する。

第２実施例において、コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、車両１００の速度が前述の第１の車速以上となった、または、モータ２の回転速度が前述の第１の回転速度以上となった、などで負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２がオフ状態に切り替わると、異常発生の情報を、外部サーバー１１０を介して、車両１００の所有者の情報受信機器１１１に送信する。コンタクタ切替制御部５は、例えば、「異常により充電が中断した」という情報を、外部サーバー１１０を介して、車両１００の所有者の情報受信機器１１１に送信する。

以上のように構成された第２実施例に係る充放電制御装置による充電制御処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する充電制御処理は、普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７に外部電源の充電コネクタが接続されたことを検出すると開始される。

ステップＳ２０１において、コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１及び正極側コンタクタ４２をオン状態とし、普通充電コネクタ６に外部電源の充電コネクタが接続されている場合には、普通充電コンタクタ６２をオン状態とし、急速充電コネクタ７に外部電源の充電コネクタが接続されている場合には、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオン状態として、高電圧バッテリ４への充電を開始させる。ステップＳ２０１の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０２の処理を実行する。

ステップＳ２０２において、コンタクタ切替制御部５は、高電圧バッテリ４の充電が完了したか否かを判定する。

高電圧バッテリ４の充電が完了したと判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、充電制御処理を終了する。高電圧バッテリ４の充電が完了していないと判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０３の処理を実行する。

ステップＳ２０３において、コンタクタ切替制御部５は、車両１００の車速が第１の車速以上である、または、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上である、か否かを判定する。

車両１００の車速が第１の車速以上である、または、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上である、と判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０４の処理を実行する。車両１００の車速が第１の車速以上でない、かつ、モータ２の回転速度が第１の回転速度以上でない、と判定した場合には、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０２の処理を実行する。

ステップＳ２０４において、コンタクタ切替制御部５は、負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２をオフ状態とする。ステップＳ２０４の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０５の処理を実行する。

ステップＳ２０５において、コンタクタ切替制御部５は、平滑化コンデンサ３１を放電する。ステップＳ２０５の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、ステップＳ２０６の処理を実行する。

ステップＳ２０６において、コンタクタ切替制御部５は、車両１００の所有者の情報受信機器１１１に、異常により充電が中断したことを外部サーバー１１０を介して報知する。ステップＳ２０６の処理を実行した後、コンタクタ切替制御部５は、充電制御処理を終了する。

このように、第２実施例では、コンタクタ切替制御部５は、外部電源から普通充電コネクタ６または急速充電コネクタ７を介して高電圧バッテリ４に電力が供給されているときに、車両１００の速度が前述の第１の車速以上となった、または、モータ２の回転速度が前述の第１の回転速度以上となった、などで負極側コンタクタ４１、正極側コンタクタ４２、普通充電コンタクタ６２、負極側急速充電コンタクタ７１及び正極側急速充電コンタクタ７２がオフ状態に切り替わると、異常発生の情報を外部サーバー１１０を介して、車両１００の所有者の情報受信機器１１１に送信する。

これにより、車両１００の所有者が車両１００の近傍に不在でも、車両１００への衝突などの異常が発生したことを車両１００の所有者に認識させることができるため、衝突後の車両１００に不用意に触れることを抑制させることができ、感電リスクを低減させることができる。

前述の各実施例では、各種センサ情報に基づきコンタクタ切替制御部５が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両が外部サーバー等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。

本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１、１００車両
２モータ
３インバータ
４高電圧バッテリ
５コンタクタ切替制御部
６普通充電コネクタ（充電口）
７急速充電コネクタ（充電口）
８駆動輪
９外部通信部
２１回転速度センサ
３１平滑化コンデンサ
４１負極側コンタクタ（コンタクタ）
４２正極側コンタクタ（コンタクタ）
４３プリチャージコンタクタ
４４プリチャージ抵抗
５１車速センサ
６２普通充電コンタクタ（コンタクタ）
７１負極側急速充電コンタクタ（コンタクタ）
７２正極側急速充電コンタクタ（コンタクタ）
１１０外部サーバー
１１１情報受信機器

Claims

主電源である高電圧バッテリと、
外部電源の充電コネクタを接続されて前記高電圧バッテリに電力を供給する充電口と、
前記高電圧バッテリから電力を供給され、モータを駆動させるインバータと、
前記高電圧バッテリと前記インバータ及び前記充電口との間の電気的接続を断接するコンタクタと、を備える車両の充放電制御装置であって、
前記コンタクタの断接を切り替えるコンタクタ切替制御部を備え、
前記コンタクタ切替制御部は、前記外部電源から前記充電口を介して前記高電圧バッテリに電力が供給されているときに、前記車両の速度が第１の車速以上の場合には、前記コンタクタをオフ状態とする充放電制御装置。
前記モータは、前記車両を駆動する駆動輪と直結されており、
前記コンタクタ切替制御部は、前記外部電源から前記充電口を介して前記高電圧バッテリに電力が供給されているときに、前記モータの回転速度が第１の回転速度以上の場合には、前記コンタクタをオフ状態とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記インバータの正極と負極の間に平滑化コンデンサが接続され、
前記コンタクタ切替制御部は、前記コンタクタがオフ状態に切り替わると、前記平滑化コンデンサの電力を前記インバータにより単相で前記モータへ放電させる請求項１または請求項２に記載の充放電制御装置。
外部サーバーと通信可能な外部通信部を備え、
前記コンタクタ切替制御部は、前記コンタクタがオフ状態に切り替わると、異常発生の情報を前記外部サーバーを介して、前記車両の所有者の情報受信機器に送信する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の充放電制御装置。