JP6394631B2

JP6394631B2 - 電源装置

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Publication number: JP6394631B2
Application number: JP2016057195A
Authority: JP
Inventors: 優木村; 光谷　典丈; 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2018-09-26
Anticipated expiration: 2036-03-22
Also published as: JP2017175717A; CN107221968B; US20170279288A1; CN107221968A

Description

本発明は、電源装置に関し、詳しくは、外部電力を用いてバッテリを充電する充電器を備える電源装置に関する。

従来、この種の電源装置としては、バッテリと充電器と接続する電力ラインにリレーが取り付けられているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、リレーをオンとし、外部電源からの電力を用いて充電器によりバッテリを充電する際に、リレーより充電器側の電圧センサからの電圧とリレーよりバッテリ側の電圧センサからの電圧との偏差が閾値以上のときに充電器側の電圧センサに異常が生じていると判定している。

特開２０１１−１６０６０４号公報

しかしながら、上述の電源装置では、充電器側の電圧センサよりバッテリ側で電力ラインに断線が生じたときには、充電器側の電圧センサからの電圧は高くなり、リレーよりバッテリ側の電圧センサからの電圧との偏差が閾値以上となる。この場合、充電器側の電圧センサに異常が生じていないにも拘わらず、電圧センサの異常と判定されてしまう。

本発明の電源装置は、電力ラインの断線異常やセンサ異常などの異常をより適正に判定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、
バッテリと、外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電器と、オンオフにより前記バッテリと前記充電器とを接続する電力ラインに設けられた充電用リレーと、前記電力ラインの前記充電用リレーより前記充電器側に取り付けられた第１電圧センサと、前記電力ラインの前記充電用リレーより前記バッテリ側に取り付けられた第２電圧センサと、を備える電源装置であって、
前記充電用リレーをオンとした状態で前記充電器により前記バッテリを充電している充電状態を確認できたときには前記第１電圧センサにより検出される充電器側電圧と前記第２電圧センサにより検出されるバッテリ側電圧との偏差が閾値以上となる偏差異常の検出を許可し、前記充電用リレーをオンとした状態で前記充電状態を確認できないときには前記偏差異常の検出を禁止する偏差異常許否手段、
を備えることを特徴とする。

この本発明の電源装置では、充電用リレーをオンとした状態で充電器によりバッテリを充電している充電状態を確認する。この充電状態を確認できたときには、充電用リレーより充電器側に取り付けられた第１電圧センサにより検出される充電器側電圧と充電用リレーよりバッテリ側に取り付けられた第２電圧センサにより検出されるバッテリ側電圧との偏差が閾値以上となる偏差異常の検出を許可する。充電状態が確認できたときには、電力ラインに断線は生じていないと考えられるから、偏差異常の検出を許可することにより、偏差異常の検出に基づくセンサ異常などを検出することができる。一方、充電状態を確認できないときには、偏差異常の検出を禁止する。充電状態が確認できないときには、電力ラインに断線が生じている可能性が高いから、偏差異常の検出に基づくセンサ異常などの誤検出を抑制することができる。これらの結果、電力ラインの断線異常やセンサ異常などの異常をより適正に判定することができる。ここで、充電状態の確認は、バッテリに流れる電流が値０であるか否かの判定や、外部電源から充電器に供給される電力が値０であるか否かの判定により行なうことができる。外部電源から充電器に供給される電力が値０であるか否かの判定は、外部電源から充電器への入力電流が値０であるか否かにより判定することができる。

こうした本発明の電源装置において、前記偏差異常許否手段は、前記充電器側電圧が前記バッテリ側電圧より小さいときには、前記充電状態の確認の有無に拘わらず前記偏差異常の検出を許可する手段であるものとしてもよい。バッテリの過電圧は、第１電圧センサによる充電器側電圧の監視と、第２電圧センサによるバッテリ側電圧の監視との二重監視により行なわれる。第１電圧センサからの充器側電電圧が過大になる異常か第２電圧センサからのバッテリ側電圧が過小となる異常かの一方または双方が生じて充電器側電圧がバッテリ側電圧より大きくなるときには、充電器側電圧が過充電閾値を超えたか否かによりバッテリの保護を行なえばよい。一方、第１電圧センサからの充電器側電圧が過小になる異常か第２電圧センサからのバッテリ側電圧が過大となる異常かの一方または双方が生じて充電器側電圧がバッテリ側電圧未満となったときには、充電器側電圧が過充電閾値を超えるか否かによってはバッテリの保護を行なうことができない。この場合、バッテリの充電により充電器側電圧とバッテリ側電圧との偏差が大きくなるから、バッテリを過充電する前に、これを偏差異常として検出するのである。

本発明の一実施例としての電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。充電用ＥＣＵにより実行される偏差異常許否ルーチンの一例を示すフローチャートである。電力ライン２３に断線異常が生じたときの充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂとの偏差ΔＶと電池電流Ｉｂと充電器入力電力Ｗｃｈｇの時間変化の一例を示す説明図である。充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満となったときの充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂの時間変化の一例を説明する説明図である。変形例の偏差異常許否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電源装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電源装置２０は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車などの移動体に搭載され、走行用のモータなどの電源として機能する。実施例では、説明の容易のためにハイブリッド自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとして説明する。実施例の電源装置２０は、図１に示すように、充電器２２と、充電用リレー２４と、バッテリ３０と、充電用電子制御ユニット（以下、充電用ＥＣＵと称する。）２６と、電池用電子制御ユニット（以下、電池ＥＣＵと称する。）と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵと称する。）４０と、を備える。

充電器２２は、電力ライン２３によりバッテリ３０に接続されており、接続コネクタ２１が外部電源の接続コネクタ１１に接続されているときに、外部電源からの電力を用いてバッテリ３０を充電するように構成されている。この充電器２２は、図示しないＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。ＡＣ／ＤＣコンバータは、接続コネクタ２１を介して供給される外部電源からの交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力の電圧を変換してバッテリ３０側に供給する。この充電器２２は、接続コネクタ２１が外部電源の接続コネクタ１１に接続されているときに、充電用ＥＣＵ２６によって、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとが制御されることにより、外部電源からの電力をバッテリ３０に供給する。

充電用ＥＣＵ２６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，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。充電用ＥＣＵ２６には、充電器２２に取り付けられた各種センサからの信号や、接続コネクタ２１に取り付けられて接続コネクタ２１が外部電源の接続コネクタ１１に接続されているか否かを判定する接続スイッチ２１ａからの接続信号などが入力ポートを介して入力されている。また、充電用ＥＣＵ２６には、外部電源から充電器２２に入力される電流を検出するための電流センサ２７からの入力電流Ｉｉｎや、コンデンサ２８の端子間電圧を充電器２２による充電電圧Ｖｃｈｇとして検出する電圧センサ２９からの充電電圧Ｖｃｈｇも入力されている。充電用ＥＣＵ２６からは、充電器２２のＡＣ／ＤＣコンバータやＤＣ／ＤＣコンバータへの制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、充電用ＥＣＵ２６は、ＨＶＥＣＵ４０と通信をしており、充電用ＥＣＵ２６により得た情報を必要に応じてＨＶＥＣＵ４０に送信している。

バッテリ３０は、例えばリチウムイオン二次電池として構成されており、システムメインリレー４２を介して図示しない走行用のモータなどの負荷に接続されている。また、バッテリ３０は、電力ライン２３により充電用リレー２４を介して充電器２２に接続されている。電力ライン２３の充電器２２と充電用リレー２４との間には平滑用のコンデンサ２８が取り付けられている。バッテリ３０は、電池ＥＣＵ３６によって管理されている。

電池ＥＣＵ３６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，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。電池ＥＣＵ３６には、バッテリ３０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電流センサ３１からの電池電流Ｉｂや、バッテリ３０の端子間に設置された電圧センサ３２からの電池電圧Ｖｂなどが入力ポートを介して入力されている。電池ＥＣＵ３６からは、充電用リレー２４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電池ＥＣＵ３６は、ＨＶＥＣＵ４０と通信をしており、電池ＥＣＵ３６により得た情報を必要に応じてＨＶＥＣＵ４０に送信している。

ＨＶＥＣＵ４０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，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートなどを備える。ＨＶＥＣＵ４０は、システム起動時にシステムメインリレー４２をオンとし、ハイブリッド自動車全体のシステムを管理すると共に図示しない走行用のモータなどの負荷を駆動制御する。ＨＶＥＣＵ４０は、上述したように、充電用ＥＣＵ２６や電池ＥＣＵ３６と通信しており、充電用ＥＣＵ２６や電池ＥＣＵ３６から必要な情報を受信している。

なお、実施例の電源装置２０としては、接続コネクタ２１と、充電器２２と、充電用リレー２４と、充電用ＥＣＵ２６と、バッテリ３０と、電池ＥＣＵ３６と、ＨＶＥＣＵ４０とが相当する。

ＨＶＥＣＵ４０は、充電器２２によるバッテリ３０の充電中に充電電圧Ｖｃｈｇとバッテリ３０の端子間電圧である電池電圧Ｖｂとの偏差ΔＶ（ΔＶ＝｜Ｖｃｈｇ−Ｖｂ｜）が閾値以上となったときに偏差異常を検出する。一方、ＨＶＥＣＵ４０は、電力ライン２３に断線が生じているか否かの故障判断を行ない断線が生じているときには断線故障を出力する。この断線故障が生じているときには偏差異常も検出されるため、実施例のＨＶＥＣＵ４０では、断線故障と偏差異常とを区別するために図２の偏差異常許否ルーチンを実行する。このルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎など）に繰り返し実行される。

偏差異常許否ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ４０は、まず、充電用リレー２４により充電器２２とバッテリ３０とが接続されているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は充電用リレー２４をオンしているかオフしているかの情報を充電用ＥＣＵ２６から受信することにより行なうことができる。充電用リレー２４により充電器２２とバッテリ３０とが接続されていないと判定したときには、充電中ではないために偏差異常を検出する必要がないと判断し、偏差異常の検出を不許可として（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１００で充電用リレー２４により充電器２２とバッテリ３０とが接続されていると判定したときには、充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ以上であると判定したときには、充電器２２によってバッテリ３０を充電しているのを確認する（ステップＳ１２０）。図３は、電力ライン２３に断線異常が生じたときの充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂとの偏差ΔＶと電池電流Ｉｂと充電器入力電力Ｗｃｈｇの時間変化の一例を示す説明図である。図示するように、時間Ｔ１で電力ライン２３に断線異常が生じると、偏差ΔＶは充電電圧Ｖｃｈｇの上昇に伴って大きくなる。電池電流Ｉｂは、時間Ｔ１からその絶対値が小さくなり値０となる。また、充電器２２に入力される電力Ｗｃｈｇは、異常が検知されることにより充電器２２の電力供給を停止するため値０となる。実施例では、充電器２２によってバッテリ３０を充電しているか否かの確認を、電流センサ３１により検出されるバッテリ３０に流れる電池電流Ｉｂが値０であるか否かを確認することにより行なっている。充電器２２によってバッテリ３０を充電しているのを確認できたときには、電力ライン２３は断線していないと判断し、偏差異常の検出を許可して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。これにより、偏差異常の検出に基づいて電圧センサ２９の異常などを検出することができる。一方、充電器２２によってバッテリ３０を充電しているのを確認できないときには、電力ライン２３が断線している可能性があると判断し、偏差異常の検出を不許可として（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これにより、偏差異常の検出に基づく電圧センサ２９の異常などを誤検出するのを抑制することができる。

ステップＳ１１０で充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満であると判定したときには、充電器２２によってバッテリ３０を充電しているか否かに拘わらずに偏差異常の検出を許可して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。バッテリ３０の電圧は、電圧センサ３２からの電池電圧Ｖｂによる監視と電圧センサ２９からの充電電圧Ｖｃｈｇによる監視との二重監視によって行なわれている。電圧センサ２９からの充電電圧Ｖｃｈｇが過大になる異常か電圧センサ３２からの電池電圧Ｖｂが過小となる異常かの一方または双方が生じて充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ以上となったときには、充電電圧Ｖｃｈｇが過充電閾値を超えたか否かによりバッテリ３０の保護を行なえばよい。一方、電圧センサ２９からの充電電圧Ｖｃｈｇが過小になる異常か電圧センサ３２からの電池電圧Ｖｂが過大となる異常かの一方または双方が生じて充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満となったときには、充電電圧Ｖｃｈｇが過充電閾値を超えるか否かによってはバッテリ３０の保護を行なうことができない。このため、こうした異常を検出するために偏差異常を許可するのである。図４に示すように、充電時間が長くなると充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂとの偏差が大きくなるから、バッテリ３０を過充電する前に、これを偏差異常として検出することができる。

以上説明した実施例の電源装置２０では、充電用リレー２４をオンとして充電器２２によってバッテリ３０を充電しているのを確認できたときには、充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂとの偏差ΔＶが閾値以上となる偏差異常の検出を許可する。この場合、電力ライン２３は断線していないと判断できるため、偏差異常を検出しても断線異常と区別することができる。これにより、偏差異常の検出に基づいて電圧センサ２９の異常などを検出することができる。一方、充電用リレー２４をオンとして充電器２２によってバッテリ３０を充電しているのを確認できないときには、偏差異常の検出を不許可とする。電力ライン２３が断線している可能性があるからである。これらにより、電力ライン２３の断線異常と充電電圧Ｖｃｈｇと電池電圧Ｖｂとの偏差異常とを区別することができ、電力ライン２３の断線異常やセンサ異常などの異常をより適正に判定することができる。しかも、充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満であるときには充電器２２によってバッテリ３０を充電しているか否かに拘わらずに偏差異常の検出を許可するから、電圧センサ２９からの充電電圧Ｖｃｈｇが過小となる異常か電圧センサ３２からの電池電圧Ｖｂが過大となる異常かの一方或いは双方が生じて偏差異常となるのを検出することができる。

実施例の電源装置２０では、充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満であるときには充電器２２による充電の確認の如何に拘わらずに偏差異常の検出を許可するものとした。しかし、図５の変形例の偏差異常許否ルーチンに示すように、充電電圧Ｖｃｈｇが電池電圧Ｖｂ未満であるか否かの判定を行なうことなく、充電電力の確認により偏差異常の検出の許否を行なうものとしてもよい。この場合でも偏差異常を検出しても断線異常と区別することができる。

実施例の電源装置２０では、ＨＶＥＣＵ４０が図２の偏差異常許否ルーチンを実行するものとしたが、充電用ＥＣＵ２６が偏差異常許否ルーチンを実行するものとしてもよいし、電池ＥＣＵ３６が偏差異常許否ルーチンを実行するものとしてもよい。

実施例の電源装置２０では、充電用ＥＣＵ２６と電池ＥＣＵ３６とＨＶＥＣＵ４０との３つの電子制御ユニットを備えるものとしたが、単一の電子制御ユニットとしてもよいし、２つの電子制御ユニットを備えるものとしてもよいし、４以上の電子制御ユニットを備えるものとしてもよい。そして、いずれかの電子制御ユニットで図２の偏差異常許否ルーチンを実行すればよい。

実施例では、ハイブリッド自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとしたが、上述したように、電気自動車の電源として電源装置２０が搭載されているものとしてもよいし、ハイブリッド自動車や電気自動車などの移動体以外の設備に電源装置２０が組み込まれるものとしてもよい。

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３０が「バッテリ」に相当し、充電器２２が「充電器」に相当し、充電用リレー２４が「充電用リレー」に相当し、図２の偏差異常許否ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ４０が「偏差異常許否手段」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。

１１接続コネクタ、２０電源装置、２１接続コネクタ、２２充電器、２３電力ライン、２４充電用リレー、２６充電用電子制御ユニット（充電用ＥＣＵ）、２７電流センサ、２８コンデンサ、２９電圧センサ、３０バッテリ、３１電流センサ、３２電圧センサ、３６電池ＥＣＵ、４０ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、４２システムメインリレー。

Claims

バッテリと、外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電する充電器と、オンオフにより前記バッテリと前記充電器とを接続する電力ラインに設けられた充電用リレーと、前記電力ラインの前記充電用リレーより前記充電器側に取り付けられた第１電圧センサと、前記電力ラインの前記充電用リレーより前記バッテリ側に取り付けられた第２電圧センサと、を備える電源装置であって、
前記充電用リレーをオンとした状態で前記充電器により前記バッテリを充電している充電状態を確認できたときには前記第１電圧センサにより検出される充電器側電圧と前記第２電圧センサにより検出されるバッテリ側電圧との偏差が閾値以上となる偏差異常の検出を許可し、前記充電用リレーをオンとした状態で前記充電状態を確認できないときには前記偏差異常の検出を禁止する偏差異常許否手段、
を備え、
前記偏差異常許否手段は、前記充電器側電圧が前記バッテリ側電圧より小さいときには、前記充電状態の確認の有無に拘わらず前記偏差異常の検出を許可する手段である、
電源装置。
請求項１記載の電源装置であって、
前記充電状態の確認は、前記バッテリに流れる電流が値０であるか否か又は前記外部電源から前記充電器に供給される電力が値０であるか否かによって行なわれる、
電源装置。