JP7677308B2

JP7677308B2 - 車両電源装置、制御方法、及び制御プログラム

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Publication number: JP7677308B2
Application number: JP2022177633A
Authority: JP
Inventors: 耕一古島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2025-05-15
Anticipated expiration: 2042-11-04
Also published as: JP2024067500A; US20240149813A1; CN117984856A

Description

本開示は、車両の電源装置に関する。

特許文献１は、車両へ電力を供給する送電装置を開示する。この技術では、送電装置と接続されている外部電源から車両に向けて電力の供給が行われているときに落雷等に起因するサージ電流が発生した場合、送電装置において、外部電源と車両との間の電力供給路に設けられている遮断装置（以降、リレー装置と称す）を遮断する制御が行われる。

特開２０２０－０４８２５７号公報

ところで、外部電源の異常は、サージ電流のような大きな電流が発生するケースもあれば、それ以外のケースも想定される。外部電源の異常が後者のケースである場合、外部電源と車両との間の電力供給路に流れる電流の大きさが基準値を満たしていれば、リレー装置は自動的には遮断されない。基準値はリレー装置が溶着する電流値よりも低い値に設定されている。この場合、車両から外部電源に対して外部電源から出力される供給電力の出力停止が指示され、供給電力が出力停止した後にリレー装置が遮断される。

しかし、車両が外部電源に対して供給電力の出力停止を指示しても、外部電源から出力される供給電力が出力停止しない場合が想定される。この場合、車両のバッテリ（以降、蓄電装置と称す）が満充電の状態となった後もリレー装置は遮断されず、外部電源から出力される供給電力が蓄電装置に充電され続ける。これにより、蓄電装置が過充電の状態となり、蓄電装置の故障や劣化を招くおそれがある。

本開示の１つの目的は、蓄電装置の充電中に外部電源の異常が発生した場合、蓄電装置の過充電を防止することができる技術を提供することにある。

第１の観点は、車両電源装置に関連する。車両電源装置は、外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、外部電源と蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、外部電源と蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、蓄電装置と、リレー装置と、電流センサとにそれぞれ接続され、リレー装置を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、蓄電装置の充電中に電流値の異常を検出した場合、供給電力の出力停止を外部電源に指示する。また、制御装置は、出力停止の指示後、電流値の状態と、蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御するように構成されている。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する車両電源装置に関連する。制御装置は、出力停止の指示後において、電流値が閾値以上となってから一定時間を経過するまでの間であって、且つ、蓄電装置に充電された電力量が所定電力量未満である場合、リレー装置のスイッチをオンのまま維持するように構成されている。

第３の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する車両電源装置に関連する。制御装置は、出力停止の指示後において、電流値が閾値以上となってから蓄電装置に充電された電力量が所定電力量以上となるまでの間はリレー装置のスイッチをオンのまま維持するように構成されている。

第４の観点は、外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、外部電源と蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、外部電源と蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、を有する車両電源装置において、リレー装置を制御する制御方法に関連する。制御方法は、蓄電装置の充電中に電流値の異常を検出した場合、供給電力の出力停止を外部電源に指示することと、出力停止の指示後、電流値の状態と、蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御することと、を含む。

第５の観点は、外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、外部電源と蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、外部電源と蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、を有する車両電源装置において、リレー装置を制御する制御プログラムに関連する。制御プログラムは、蓄電装置の充電中に電流値の異常を検出した場合、供給電力の出力停止を外部電源に指示することと、出力停止の指示後、電流値の状態と、蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御することと、をコンピュータに実行させるように構成されている。

本開示によれば、車両電源装置は、蓄電装置の充電中に外部電源と蓄電装置とを接続する電力線の電流値の異常を検出した場合、外部電源から出力される供給電力の出力停止を外部電源に指示する。更に、車両電源装置は、供給電力の出力停止の指示後、電力線の電流値の状態と、蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御する。これにより、蓄電装置の充電中に外部電源の異常が発生した場合であっても、蓄電装置の過充電が防止される。

実施の形態に係る車両電源装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態に係る車両電源装置の動作例の比較例を示す図である。実施の形態に係る車両電源装置の動作例を示す図である。実施の形態に係る車両電源装置における制御装置の処理例を示すフローチャートである。実施の形態の変形例に係る車両電源装置における制御装置の処理例を示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本開示の実施の形態に係る車両電源装置、制御装置における制御方法、及び制御プログラムについて説明する。

実施の形態
１．車両電源装置の構成例
図１は、実施の形態に係る車両電源装置１の構成例を示す図である。車両電源装置１は、車両に搭載される。車両電源装置１が搭載される車両は、バッテリ（すなわち、蓄電装置１１）により駆動される駆動モータを備える電動車両である。車両は、手動運転車両であってもよいし、自動運転車両であってもよい。

図１に示すように、車両に搭載される車両電源装置１は、例えば、外部電源２０と接続される。外部電源２０とは、商用電源等から得た電力を蓄える装置を意味する。外部電源２０としては、５０ｋW程度の電力を出力する急速充電器、５０ｋWよりも小さい電力を出力する通常充電器、等が例示される。車両電源装置１は、外部電源２０から出力される供給電力の充電を行う。

車両電源装置１は、負荷１７と接続され、充電時に外部電源２０と接続される。また、車両電源装置１は、制御装置１０、蓄電装置１１、電流センサ１２、システムメインリレー１６、及びリレー装置１３を含んで構成されている。制御装置１０は、図１に示すように、車両電源装置１の内部に設けられてもよいし、車両に搭載され、且つ、車両電源装置１の外部に設けられてもよい。

蓄電装置１１は、正極電力線１４と負極電力線１５とにそれぞれ接続され、複数個の単電池を直列接続した組電池である。尚、蓄電装置１１は、当該組電池を複数並列して接続された装置であってもよい。

電流センサ１２は、蓄電装置１１とシステムメインリレー１６との間に設けられ、正極電力線１４の電流値を計測するセンサである。

システムメインリレー１６は、正極電力線１４と負極電力線１５とにそれぞれ接続され、蓄電装置１１と負荷１７との間の通電を接続あるいは遮断する装置である。具体的には、システムメインリレー１６のスイッチをＯＮにすることで、蓄電装置１１と負荷１７との間の通電が接続され、システムメインリレー１６のスイッチをＯＦＦにすることで、蓄電装置１１と負荷１７との間の通電が遮断される。システムメインリレー１６のスイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、後述する制御装置１０により制御される。

リレー装置１３は、正極電力線１４と負極電力線１５とにそれぞれ接続され、車両電源装置１と外部電源２０との間の通電を接続あるいは遮断する装置である。具体的には、リレー装置１３のスイッチをＯＮにすることで、車両電源装置１と外部電源２０との間の通電が接続され、リレー装置１３のスイッチをＯＦＦにすることで、車両電源装置１と外部電源２０との間の通電が遮断される。リレー装置１３のスイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替えは、後述する制御装置１０により制御される。

制御装置１０は、車両電源装置１を制御するコンピュータである。制御装置１０は、プロセッサと、プロセッサで実行される制御プログラム（本実施の形態に係る制御プログラム）を記憶したメモリとを備える。制御プログラムがプロセッサで実行されることにより、以下に説明する機能が制御装置１０において実現される。

制御装置１０は、蓄電装置１１と、電流センサ１２と、システムメインリレー１６と、リレー装置１３と、にそれぞれ接続されている。制御装置１０は、蓄電装置１１に充電された電力量の情報と、電流センサ１２で計測された正極電力線１４の電流値の情報とを読みとることができる。また、制御装置１０は、リレー装置１３とシステムメインリレー１６のそれぞれのスイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り替えを制御する。

制御装置１０は、外部電源２０の異常を検出した場合、外部電源２０から出力される供給電力の出力停止を外部電源２０に指示する機能を有する。外部電源２０の異常とは、正極電力線１４の電流値が異常を示す所定値以上の状態であることを意味する。その後、制御装置１０は、正極電力線１４の電流値の状態と、蓄電装置１１に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置１３のスイッチを遮断するタイミングを制御する機能を有する。制御装置１０が有するこれらの機能による処理の詳細について後述する。

２．車両電源装置の動作例
図２は、実施の形態に係る車両電源装置１の動作例の比較例を示す図である。具体的には、正極電力線１４の電流値の異常が検出されてからリレー装置１３のスイッチがＯＦＦに切り替わるまでの車両電源装置１の動作例の比較例が示されている。以下、車両電源装置１の動作例の比較例について説明する。

図２によれば、正極電力線１４の電流値の異常が検出された後に、外部電源２０に対して供給電力の出力停止が指示されたのにもかかわらず、外部電源２０による供給電力の出力停止がなされていない場合、リレー装置１３が即時に遮断される。

具体的には、正極電力線１４の電流値の異常が検出された後、外部電源２０に対して供給電力の出力停止が指示される。その後、正極電力線１４の電流値が閾値以上であると判定された場合、リレー装置１３のスイッチがＯＦＦに切り替えられる。つまり、蓄電装置１１に充電された電力量の割合が、例えば、充電予定の電力量の割合よりも低い５０％程度であって、蓄電装置１１に充電可能な空き容量が十分にある場合であっても、リレー装置１３のスイッチがＯＦＦに切り替えられ、蓄電装置１１の充電が中断される。尚、外部電源２０から出力される供給電力が出力停止でないときの電流値は、正常であってもよいし、異常であってもよい。

図３は、実施の形態に係る車両電源装置１の動作例を示す図である。具体的には、正極電力線１４の電流値の異常が検出されてからリレー装置１３のスイッチがＯＦＦに切り替わるまでの車両電源装置１の動作例が示されている。以下、車両電源装置１の動作例について説明する。

図３によれば、正極電力線１４の電流値の異常が検出された後に、外部電源２０に対して供給電力の出力停止が指示されたのにもかかわらず、外部電源２０による供給電力の出力停止がなされていない場合、リレー装置１３が遅れたタイミングで遮断される。

具体的には、車両電源装置１は、正極電力線１４の電流値の異常を検出後、外部電源２０に対して供給電力の出力停止を指示する。その後、車両電源装置１は、正極電力線１４の電流値が閾値以上であると判定された場合、一定時間経過後にリレー装置１３のスイッチをＯＦＦに切り替える。

より具体的には、車両電源装置１は、外部電源２０に対する供給電力の出力停止の指示後、正極電力線１４の電流値が閾値以上であって、且つ、一定時間を経過するまでの間、蓄電装置１１に充電される電力量が満充電の電力量を超えない場合、リレー装置１３のスイッチをＯＮのまま維持する。つまり、蓄電装置１１に充電された電力量の割合が、例えば、充電予定の電力量の割合よりも低い５０％程度であって、蓄電装置１１に充電された電力量が満充電の電力量を超えていない場合、リレー装置１３のスイッチがＯＮのまま維持され、蓄電装置１１の充電が継続される。その後、車両電源装置１は、蓄電装置１１に充電された電力量の割合が、例えば、充電予定の電力量の割合の８５％に到達したと判定された場合、リレー装置１３のスイッチをＯＦＦに切り替える。

このように、正極電力線１４の電流値の異常が検出された後に、外部電源２０に対して供給電力の出力停止が指示されたのにもかかわらず、外部電源２０による供給電力の出力停止がなされていない場合、図２に示す車両電源装置１の動作例の比較例によれば、リレー装置１３が即時に遮断される。ただし、正極電力線１４の電流値がリレー装置１３が溶着しない大きさであれば、リレー装置１３を即時に遮断しなくてもよい。むしろ、充電時間の短縮化を図ることを考慮した場合、リレー装置１３を即時に遮断しない方が望ましい。

従って、実施の形態に係る車両電源装置１によれば、図３に示すように、外部電源２０に対する供給電力の出力停止の指示後、正極電力線１４の電流値の状態と、蓄電装置１１に充電された電力量の状態とに基づいて、リレー装置１３のスイッチを遮断するタイミングが制御される。これにより、蓄電装置１１の充電中に外部電源２０の異常が発生した場合であっても、蓄電装置１１の過充電を防止することが可能となる。

３．制御装置の処理例
図４は、実施の形態に係る車両電源装置１における制御装置１０の処理例を示すフローチャートである。上述のように、制御プログラムがプロセッサで実行されることにより、プロセッサにより以下の処理が実行される。以下の一連の処理は、制御装置１０によって実施される制御方法（本実施の形態に係る制御方法）を表している。

ステップＳ１００において、制御装置１０は、蓄電装置１１の充電中に正極電力線１４の電流値の異常を検出したか否かを判定する。正極電力線１４の電流値の異常を検出したと判定された場合、処理はステップＳ１１０に進む。それ以外の場合、処理を終了する。

ステップＳ１１０において、制御装置１０は、外部電源２０から出力される供給電力の出力停止を外部電源２０に指示する。その後、処理はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０において、制御装置１０は、正極電力線１４の電流値が閾値以上か否かを判定する。正極電力線１４の電流値が閾値以上と判定された場合、処理はステップＳ１３０に進む。それ以外の場合、処理はステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１３０において、制御装置１０は、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満か否かを判定する。蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満と判定された場合、処理はステップＳ１４０に進む。それ以外の場合、処理はステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１４０において、制御装置１０は、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間を経過したか否かを判定する。正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間を経過したと判定された場合、処理はステップＳ１５０に進む。それ以外の場合、処理はステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０において、制御装置１０は、リレー装置１３のスイッチをＯＮのまま維持する。その後、処理はステップＳ１３０に戻る。つまり、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満であり、且つ、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間が経過していなければ、リレー装置１３のスイッチはＯＮに維持される。

ステップＳ１５０において、制御装置１０は、リレー装置１３のスイッチをＯＦＦに切り替える。つまり、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間が経過するか、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量以上になったことを受けて、リレー装置１３のスイッチはＯＦＦに切り替えられる。その後、処理を終了する。

４．変形例
実施の形態に係る車両電源装置１における制御装置１０では、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間を経過するまでの間であって、且つ、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満である場合、リレー装置１３のスイッチがオンのまま維持される。しかし、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから一定時間を経過した後であっても、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満である場合、リレー装置１３のスイッチがオンのまま維持されてもよい。

従って、実施の形態の変形例に係る車両電源装置１における制御装置１０によれば、正極電力線１４の電流値が閾値以上となってから蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量以上となるまでの間はリレー装置１３のスイッチがオンのまま維持される。これにより、上述した実施の形態に係る車両電源装置１と同じ効果が得られる。以下、変形例に係る制御装置１０の処理例について説明する。

図５は、実施の形態の変形例に係る車両電源装置１における制御装置１０の処理例を示すフローチャートである。上述のように、制御プログラムがプロセッサで実行されることにより、プロセッサにより以下の処理が実行される。以下の一連の処理は、制御装置１０によって実施される制御方法（本実施の形態に係る制御方法）を表している。

ステップＳ２００において、制御装置１０は、蓄電装置１１の充電中に正極電力線１４の電流値の異常を検出したか否かを判定する。正極電力線１４の電流値の異常を検出したと判定された場合、処理はステップＳ２１０に進む。それ以外の場合、処理を終了する。

ステップＳ２１０において、制御装置１０は、外部電源２０から出力される供給電力の出力停止を外部電源２０に指示する。その後、処理はステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０において、制御装置１０は、正極電力線１４の電流値が閾値以上か否かを判定する。正極電力線１４の電流値が閾値以上と判定された場合、処理はステップＳ２３０に進む。それ以外の場合、処理はステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２３０において、制御装置１０は、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満か否かを判定する。蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満と判定された場合、処理はステップＳ２４０に進む。それ以外の場合、処理はステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２４０において、制御装置１０は、リレー装置１３のスイッチをＯＮのまま維持する。その後、処理はステップＳ２３０に戻る。つまり、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量未満である限り、リレー装置１３のスイッチはＯＮに維持される。

ステップＳ２５０において、制御装置１０は、リレー装置１３のスイッチをＯＦＦに切り替える。つまり、正極電力線１４の電流値が閾値未満であること、或いは、蓄電装置１１に充電された電力量が所定電力量以上になったことを受けて、リレー装置１３のスイッチはＯＦＦに切り替えられる。その後、処理を終了する。

１車両電源装置
１０制御装置
１１蓄電装置
１２電流センサ
１３リレー装置
１４正極電力線
１５負極電力線
１６システムメインリレー
１７負荷
２０外部電源

Claims

外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、
前記外部電源と前記蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、
前記外部電源と前記蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、
前記蓄電装置と、前記リレー装置と、前記電流センサとにそれぞれ接続され、前記リレー装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記蓄電装置の充電中に前記電流値の異常を検出した場合、前記供給電力の出力停止を前記外部電源に指示し、
前記出力停止の指示後、前記電流値の状態と、前記蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、前記リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御するように構成されている
ことを特徴とする車両電源装置。
請求項１に記載の車両電源装置であって、
前記制御装置は、前記出力停止の指示後において、
前記電流値が閾値以上となってから一定時間を経過するまでの間であって、且つ、前記蓄電装置に充電された前記電力量が所定電力量未満である場合、前記リレー装置のスイッチをオンのまま維持するように構成されている
ことを特徴とする車両電源装置。
請求項１に記載の車両電源装置であって、
前記制御装置は、前記出力停止の指示後において、
前記電流値が閾値以上となってから前記蓄電装置に充電された前記電力量が所定電力量以上となるまでの間は前記リレー装置のスイッチをオンのまま維持するように構成されている
ことを特徴とする車両電源装置。
外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、前記外部電源と前記蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、前記外部電源と前記蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、を有する車両電源装置において、前記リレー装置を制御する制御方法であって、
前記蓄電装置の充電中に前記電流値の異常を検出した場合、前記供給電力の出力停止を前記外部電源に指示することと、
前記出力停止の指示後、前記電流値の状態と、前記蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、前記リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御することと、
を含むことを特徴とする制御方法。
外部電源から出力される供給電力を充電する蓄電装置と、前記外部電源と前記蓄電装置との間に設けられたリレー装置と、前記外部電源と前記蓄電装置とを接続する電力線の電流値を計測する電流センサと、を有する車両電源装置において、前記リレー装置を制御する制御プログラムであって、
前記蓄電装置の充電中に前記電流値の異常を検出した場合、前記供給電力の出力停止を前記外部電源に指示することと、
前記出力停止の指示後、前記電流値の状態と、前記蓄電装置に充電された電力量の状態とに基づいて、前記リレー装置のスイッチを遮断するタイミングを制御することと、をコンピュータに実行させるように構成されている、
ことを特徴とする制御プログラム。