JP6503893B2

JP6503893B2 - 車両の充電制御装置

Info

Publication number: JP6503893B2
Application number: JP2015108585A
Authority: JP
Inventors: 淑佐々木
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2015-05-28
Filing date: 2015-05-28
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-05-28
Also published as: JP2016226110A

Description

本発明は、車両の充電制御装置に関する。

従来、急速充電用コネクタを備えたプラグインハイブリッド車両や電気自動車等において、電力を蓄えるための電池ユニットを備えた組電池が一般的に用いられている。電池ユニットは複数のセルと呼ばれる単位電池で構成されており、組電池にはセル毎に電圧を検知するセル電圧センサが設けられている。電池ユニットの充放電制御は、各セル電圧センサからの検知信号に基づいて制御手段であるＥＣＵが行っている。

このような組電池の故障診断として、個別のセル電圧とセルの総電圧とに基づいて故障診断を行う技術が知られている（例えば「特許文献１」参照）。また、故障前のセル電圧分布と故障後のセル電圧分布とに基づいて電圧を推定する技術が知られている（例えば「特許文献２」参照）。

特開２００３−１３４６７５号公報特許第３６９８０８９号公報

上述の構成において、セル電圧センサが故障するとそのセルの電圧が不明となるため、過充電によるバッテリパックの発火等の不具合発生を防止すべく充電を行うことが禁止される。そして、セル電圧センサの故障がユーザに報知され、故障を認識したユーザは放電のみが行われるバッテリパックによって、修理を行うべくディーラまで走行することとなる。しかし、残充電量が少なくなった場合にはディーラに到達できない場合がある。
本発明は上述の問題点を解決し、セル電圧センサが故障した場合であっても、過放電や過充電を発生させることなく車両を走行させることが可能な車両の充電制御装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、車載の電池ユニットを構成する複数の電池セルと、外部電源に接続された充電コネクタが接続可能な車両側の充電口と、前記充電口と前記各電池セルとの間を接続する充電回路と、前記充電回路の遮断状態と接続状態とを切り替える充電用コンタクタと、前記充電用コンタクタの故障検出用に用いられるコンタクタ用電圧センサと、前記各電池セルに対応して設けられそれぞれ対応した前記電池セルの電圧を測定する複数のセル用電圧センサと、前記各セル用電圧センサの故障を検出する故障検出手段と、前記電池ユニットの充放電制御を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記故障検出手段により何れかの前記セル用電圧センサの故障が検出された際に、前記充電回路が接続状態となるよう前記充電用コンタクタをオンさせて前記コンタクタ用電圧センサにより前記複数の電池セルの電圧値を測定し、この測定値に基づいて前記電池ユニットの充放電制御を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両の充電制御装置において、さらに前記セル用電圧センサの故障が検出された際、前記制御手段は前記充電用コンタクタのオンを前記車両が所定車速以上で走行中にのみ行うことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の車両の充電制御装置において、さらに前記制御手段は、前記セル用電圧センサの故障が検出されて前記充電用コンタクタをオンした際に、正常な前記セル用電圧センサの測定値と前記コンタクタ用電圧センサで測定した複数の前記電池セルの総電圧値とにより故障が検出された前記セル用電圧センサの正常測定値を推定し、この推定値に基づいて前記充放電制御を行うことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３までの何れか一つに記載の車両の充電制御装置において、さらに前記制御手段は、さらに前記充電用コンタクタの抵抗値及び充電回路の抵抗値に基づいて前記充放電制御を行うことを特徴とする。

本発明によって、電圧センサが故障した場合でも車両を安全に走行させることができると共に、過充電や過放電の発生による電池セルの故障を防止することができる。

本発明の一実施形態に用いられる車両の充電制御装置の概略図である。本発明の一実施形態に用いられるＥＣＵの制御ブロック図である。本発明の一実施形態における動作を説明するフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態に用いられる車両の充電制御装置を示す概略図である。本発明が適用可能な車両は、急速充電用コネクタ１を備えた電気自動車またはプラグインハイブリッド自動車である。充電コネクタとしての急速充電用コネクタ１は図示しない車体に設けられており、急速充電が行われる際に急速充電用プラグが装着される。急速充電用コネクタ１には急速充電用コンタクタ２が接続されており、急速充電用コンタクタ２は急速充電用コネクタ１に急速充電用プラグが装着された際にオンされる。急速充電用コンタクタ２は組電池３に接続されており、組電池３は車両のモータやインバータ等の駆動に基づいた高電圧負荷４に対して電力を供給する。

組電池３は電池ユニット５が配設されることで構成され、電池ユニット５は複数の電池セルであるセル６と呼ばれる単位電池により構成されている。各セル６にはそれぞれ所定の電圧まで充電可能であり、この所定電圧（例えば５Ｖ）にセル数（例えば８０個）を乗じた値（４００Ｖ）が電池ユニット５の総電圧となる。各セル６には、それぞれ各セル６の電圧を検知するセル用電圧センサとしての電池電圧センサ７が接続されている。また組電池３には、電池ユニット５に接続され電池ユニット５の充放電制御を行うための複数のバッテリコンタクタ８及び電流センサ９が接続されている。さらに組電池３の内部には、本発明の特徴部である、コンタクタ用電圧センサである急速充電用コンタクタ２の故障検出用電圧センサ１０が配設されている。故障検出用電圧センサ１０は急速充電用コンタクタ２の端子に接続されており、急速充電用コンタクタ２がオンして閉じた際にその電圧を測定する。

図２は、本発明の一実施形態に用いられる、図１に示した車両の充電制御装置における電池ユニット５の充放電制御を行うための制御手段であるＥＣＵのブロック図を示している。図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する周知のマイクロコンピュータからなるＥＣＵ１１は図示しない車体に設けられている。ＥＣＵ１１には、上述した急速充電用コンタクタ２、各電池電圧センサ７、各バッテリコンタクタ８、故障検知用電圧センサ１０の他、車両が走行中であるのか停止しているのかを判断するための車速センサ１２が接続されている。

上述した構成における本発明の動作を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず、ＥＣＵ１１は電池電圧センサ７が故障であると判断すると（ＳＴ０１）、車速センサ１２からの情報に基づいて車両が走行中であるか否かを判断する（ＳＴ０２）。電池電圧センサ７が故障であるか否かの判断は、各セル６の電圧が設定された値に達していない場合にその達していないセル６に対応した電池電圧センサ７を故障と見なす。ここでは、1個の電池電圧センサ７に故障が生じていると判断されるものとする。そして車両が走行中である場合、ＥＣＵ１１は急速充電用コンタクタ２に動作指令を送りこれを強制的にオンさせる（ＳＴ０３）。急速充電用コンタクタ２がオンされると、故障検出用電圧センサ１０により組電池３の総電圧が検出可能となり、ＥＣＵ１１はこの総電圧を読み取る（ＳＴ０４）と共に各電池電圧センサ７により計測された各セル６の電圧を読み取る（ＳＴ０５）。

次にＥＣＵ１１は、読み取った総電圧から組電池３の総電圧を推定（ここでは読み取った総電圧＝組電池３の推定総電圧とする）する。そしてＥＣＵ１１は、この推定総電圧値に基づき、電池ユニット5の充放電制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１１は、この推定総電圧から各電池電圧センサ７により計測された電圧の合計を差し引く。例えば推定総電圧が４００Ｖであって各電池電圧センサ７により計測された電圧の合計である実測総電圧が３９５Ｖの場合には、実測総電圧が推定総電圧に対して５Ｖ足りないことから、故障した電池電圧センサ7に対応したセル６の正常に測定された場合の正常測定値は５Ｖであると推定できる（ＳＴ０６）。このように電池電圧センサ７が故障している場合には、ＥＣＵ１１は実測総電圧に対して推定された正常測定値の５Ｖを上乗せした形で電池ユニット５の充放電制御を行う（ＳＴ０７）と共に、推定した正常測定値及び故障が検出されない電池電圧センサ7の実測値に基づき各セル６に対する個々の充放電制御を行う。また、図示しないディスプレイに組電池3に異常があることを表示させる。これにより運転者に不具合が報告されて運転者がディーラへと向かう際に、ＥＣＵ１１が充放電制御を行うことで過充電や過放電の発生が防止され、運転者は車両を安全に走行させることができる。

上記実施形態において、各セル６に対応した複数個の電池電圧センサ７が故障している場合には、ＥＣＵ１１はその個数に応じて安全性を考慮して充放電制御を行う。例えば実測総電圧が３７０Ｖで６個の電池電圧センサ７が故障していると判断された場合には、ＥＣＵ１１は８０個の各セル６に対して５Ｖの６０〜８０％程度である３〜４Ｖの電圧となるように充放電制御を行う。すなわち、総電圧が４００Ｖの６０〜８０％である２４０Ｖ〜３２０Ｖとなるように充放電制御を行う。これにより、各セル６が過充電となることを確実に防止することができる。

次に、ＥＣＵ１１は車両が停止したか否かを車速センサ１２からの情報に基づいて判断する（ＳＴ０８）。そして、車両が完全に停止したと判断されると、急速充電用コンタクタ２をオフさせて（ＳＴ０９）一連の動作を完了する。

上述の構成によれば、電池電圧センサ７が故障した際にＥＣＵ１１が急速充電用コンタクタ２をオンさせて総電圧値を推定し、この推定値に基づいて電池ユニット５の充放電制御を行う。これにより、過充電や過放電の発生を防止して車両を安全に走行させることができると共に、電池ユニット５の故障を防止することができる。

また上述の構成によれば、さらに故障が検出された電池電圧センサ７に対応したセル６の正常測定値を推定し、推定した正常測定値及び故障が検出されない電池電圧センサ7の実測値に基づき各セル６に対する個々の充放電制御を行うことができるので、電池電圧センサ７の故障時であっても充放電制御の精度低下を防止することができる。

上記実施形態では、図３のステップＳＴ０３において、単に車両が走行中である場合に急速充電用コンタクタ２をオンさせているが、車両が低速で移動している場合には急速充電用コンタクタ２に誤って接触することで感電する虞がある。そこで、本発明の変形例として、車両が所定車速である例えば２０ｋｍ／ｈ以上の速度で走行中にのみ急速充電用コンタクタ２をオンさせる構成とすることにより、上述した問題点の発生を確実に防止することができる。

上記実施形態では、急速充電用コンタクタ２の抵抗値及び充電回路の抵抗値を考えずにＥＣＵ１１が電池ユニット５の充放電制御を行う例を示した。しかし、急速充電用コンタクタ２の抵抗値及び充電回路の抵抗値をそれぞれ予め実測しておき、これを考慮して補正を掛けた上でＥＣＵ１１が電池ユニット５の充放電制御を行うことにより、さらに正確な充放電制御を行うことができる。

具体的には、上記実施形態では故障検出用電圧センサ１０で測定した測定値を組電池３の総電圧として推定したが、これに限られず、故障検出用電圧センサ１０で測定した測定値に対し、急速充電用コンタクタ２の抵抗値及び充電回路の抵抗値に応じた補正を行い、当該補正後の値を組電池３の総電圧として推定する構成としてもよい。これにより、過充電や過放電の発生をより一層防止して車両を安全に走行させることができると共に、電池ユニット５の故障を確実に防止することができる。

上記実施形態では、車両の充電装置を急速充電回路に適用した例を示したが、本発明はこれに限定されず、普通充電回路に適用することも可能である。普通充電回路に適用した場合、車両の充電装置は、外部電源に接続された充電コネクタが接続可能な車両側の普通充電口と、普通充電口と複数の電池セルとの間を接続する普通充電回路と、普通充電回路の遮断状態と接続状態とを切り替える普通充電用コンタクタと、普通充電用コンタクタの故障検出用に用いられるコンタクタ用電圧センサと、各電池セルに対応して設けられそれぞれ対応した電池セルの電圧を測定する複数のセル用電圧センサと、各セル用電圧センサの故障を検出する故障検出手段と、電池ユニットの充放電制御を行う制御手段とを備えることとなる。

そしてさらに、普通充電口と複数の電池セルとの間に交流電流を直流電流に変換する電力変換装置を備えることになる。従って、セル用電圧センサの故障が検出された際に、普通充電用コンタクタをオンさせてコンタクタ用電圧センサにより複数の電池セルの電圧値を推定する場合は、電力変換装置に印加される電圧を考慮する必要がある。一方、急速充電回路の場合は回路上に電力変換装置が介装されないため、セル用電圧センサの故障が検出された際にはコンタクタ用電圧センサにより簡単に電池セルの電圧値を推定することができる。

上記実施形態では、制御手段として機能するＥＣＵ１１を一つのみ示した。しかし、本発明の実施形態において、制御手段として機能するＥＣＵは、例えば組電池内ＥＣＵ、充電器システム内ＥＣＵ等、複数設けてもよく、ＥＣＵの数は一つには限定されない。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明は上述した特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１・・・充電コネクタ（急速充電用コネクタ）、２・・・急速充電用コンタクタ、５・・・電池ユニット、６・・・セル（電池セル）、７・・・セル用電圧センサ（電池電圧センサ）、１０・・・コンタクタ用電圧センサ（故障検出用電圧センサ）、１１・・・制御手段（ＥＣＵ）

Claims

車載の電池ユニットを構成する複数の電池セルと、外部電源に接続された充電コネクタが接続可能な車両側の充電口と、前記充電口と前記各電池セルとの間を接続する充電回路と、前記充電回路の遮断状態と接続状態とを切り替える充電用コンタクタと、前記充電用コンタクタの故障検出用に用いられるコンタクタ用電圧センサと、前記各電池セルに対応して設けられそれぞれ対応した前記電池セルの電圧を測定する複数のセル用電圧センサと、前記各セル用電圧センサの故障を検出する故障検出手段と、前記電池ユニットの充放電制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記故障検出手段により何れかの前記セル用電圧センサの故障が検出された際に、前記充電回路が接続状態となるよう前記充電用コンタクタをオンさせて前記コンタクタ用電圧センサにより前記複数の電池セルの電圧値を測定し、この測定値に基づいて前記電池ユニットの充放電制御を行う車両の充電制御装置。
請求項１記載の車両の充電制御装置において、
前記セル用電圧センサの故障が検出された際、前記制御手段は前記充電用コンタクタのオンを前記車両が所定車速以上で走行中にのみ行うことを特徴とする車両の充電制御装置。
請求項１または２記載の車両の充電制御装置において、
前記制御手段は、前記セル用電圧センサの故障が検出されて前記充電用コンタクタをオンした際に、正常な前記セル用電圧センサの測定値と前記コンタクタ用電圧センサで測定した複数の前記電池セルの総電圧値とにより故障が検出された前記セル用電圧センサの正常測定値を推定し、この推定値に基づいて前記充放電制御を行うことを特徴とする車両の充電制御装置。
請求項１から３までの何れか一つに記載の車両の充電制御装置において、
前記制御手段は、さらに前記充電用コンタクタの抵抗値及び充電回路の抵抗値に基づいて前記充放電制御を行うことを特徴とする車両の充電制御装置。