JP2015171262A

JP2015171262A - 車両用充電装置

Info

Publication number: JP2015171262A
Application number: JP2014045557A
Authority: JP
Inventors: 和也加藤; Kazuya Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-28

Abstract

【課題】充電効率を向上させ、単位時間当たりにより多くの電力を充電することが可能な車両用充電装置を提供すること。
【解決手段】メインバッテリと、第１の補機バッテリと、第１の補機バッテリよりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリとを備え、メインバッテリに充電された電力を第２の補機バッテリに供給することにより第２の補機バッテリを充電し、第２の補機バッテリに充電された電力を第１の補機バッテリに供給することにより第１の補機バッテリを充電する、車両用充電装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用充電装置に関する。

従来、メインバッテリからの電力により補機バッテリである鉛電池を充電するハイブリッド自動車が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−０３６５９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、複数の補機バッテリを搭載した場合の充電方法については記載されておらず、例えば鉛蓄電池に加えてニッケル水素電池を搭載した場合、充電効率に改善の余地がある。

そこで、本発明の一つの案では、充電効率を向上させ、単位時間当たりにより多くの電力を充電することが可能な車両用充電装置を提供することを目的とする。

一つの案では、メインバッテリと、第１の補機バッテリと、第１の補機バッテリよりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリとを備え、メインバッテリに充電された電力を第２の補機バッテリに供給することにより第２の補機バッテリを充電し、第２の補機バッテリに充電された電力を第１の補機バッテリに供給することにより第１の補機バッテリを充電する、車両用充電装置が提供される。

一態様によれば、充電効率を向上させ、単位時間当たりにより多くの電力を充電することが可能な車両用充電装置を提供できる。

本実施形態に係る車両用充電装置の一例のシステム構成図。本実施形態に係る車両用充電装置の制御装置による制御の一例のフローチャート。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。

（車両用充電装置の構成）
まず、本実施形態に係る車両用充電装置の構成について説明する。図１に、本実施形態に係る車両用充電装置の一例のシステム構成を示す。なお、図１中、実線は電力ラインを表し、破線は信号ラインを表す。

図１に示すように、車両用充電装置は、充電器１、メインバッテリ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３、第１のリレー４、第２のリレー５、第１の補機バッテリ６、第２の補機バッテリ７及び制御装置８等を備える。

メインバッテリ２は、交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換する充電器１に接続されており、例えばＡＣ１００Ｖ、ＡＣ２００Ｖの家庭用電源プラグ等の外部充電装置１１から供給される電力によって充電される。このとき、外部充電装置１１から供給される電力は、充電器によってＡＣからＤＣに変換される。また、メインバッテリ２は、例えば図示しないパワーコントロールユニットを介してエンジンからの動力によって充電される。

メインバッテリ２には、図示しないパワーコントロールユニットを介してモータや発電機が接続されており、メインバッテリ２に充電された電力は、パワーコントロールユニットを介してモータや発電機に供給される。

また、メインバッテリ２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が接続されている。メインバッテリ２に充電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により降圧され、第１のリレー４を介して第１の補機バッテリ６に供給される。また、メインバッテリ２に充電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により降圧され、第２のリレー５を介して第２の補機バッテリ７に供給される。

メインバッテリ２としては、高電圧の駆動用バッテリが挙げられ、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池等を好適に用いることができる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、メインバッテリ２と接続されており、メインバッテリ２から供給される高電圧の電力を降圧する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、第１のリレー４を介して第１の補機バッテリ６と接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、メインバッテリ２に電力が供給されているときに、メインバッテリ２から供給される高電圧の電力を降圧して第１の補機バッテリ６に降圧した電力を供給する。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、第２のリレー５を介して第２の補機バッテリ７と接続されている。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、メインバッテリ２に電力が供給されているときに、メインバッテリ２から供給される高電圧の電力を降圧して第２の補機バッテリ７に降圧した電力を供給する。

第１のリレー４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と第１の補機バッテリ６とを接続する電気回路上に設けられている。また、第１のリレー４は、制御装置８と接続されており、制御装置８からの信号によりオン及びオフの動作を行う。この第１のリレー４のオン及びオフの動作により、第１のリレー４は接続された電気回路をオン及びオフする。例えば、制御装置８により第１のリレー４がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と第１の補機バッテリ６とが電気的に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３側から第１の補機バッテリ６側へ電力が供給される、又は第１の補機バッテリ６側からＤＣ／ＤＣコンバータ３側へ電力が供給される。

第２のリレー５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２の補機バッテリ７とを接続する電気回路上に設けられている。また、第２のリレー５は、制御装置８と接続されており、制御装置８からの信号によりオン及びオフの動作を行う。この第２のリレー５のオン及びオフの動作により、第２のリレー５は接続された電気回路をオン及びオフする。例えば、制御装置８により第１のリレー４がオンされると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と第２の補機バッテリ７とが電気的に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３側から第２の補機バッテリ７側へ電力が供給される、又は第２の補機バッテリ７側からＤＣ／ＤＣコンバータ３側へ電力が供給される。

第１の補機バッテリ６は、第１のリレー４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３と接続されている。また、第１の補機バッテリ６は、第１のリレー４及び第２のリレー５を介して第２の補機バッテリ７と接続されている。

第１の補機バッテリ６としては、低電圧のバッテリが挙げられ、例えば１２Ｖ系の鉛電池を好適に用いることができる。

第１の補機バッテリ６には、図示しない各種の負荷が接続されている。そして、第１の補機バッテリ６に充電された電力は、各種の負荷に供給される。

負荷としては、例えば各種の補機及びアクセル、ブレーキ等のバイワイヤシステム等が挙げられる。また、補機としては、例えばランプ類、エアコン等の空調装置、オーディオ、カーナビゲーション、ＡＢＳシステム、オイルポンプ、メータ類、デフォガ、ワイパ、パワーウィンド等が挙げられる。

第２の補機バッテリ７は、第２のリレー５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ３と接続されている。また、第２の補機バッテリ７は、第２のリレー５及び第１のリレー４を介して第１の補機バッテリ６と接続されている。

第２の補機バッテリ７としては、第１の補機バッテリ６よりも充電受入性能が高い低電圧のバッテリが挙げられ、例えば１２Ｖ系のニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の高いバッテリを好適に用いることができる。

ここで、充電受入性能とは、ある一定の条件下におけるバッテリの充電効率を表す指標である。具体的には、充電受入性能は、バッテリに電流を流し、そのときの電流値を所定時間に亘って積分することにより得られる値である。また、充電受入性能は、バッテリに電流を流した際の所定時間に亘る電流の平均値であっても良い。また、充電受入性能は、バッテリに電流を流し、そのときの電流値と電圧値との乗算値を所定時間に亘って積分することにより得られる値であっても良い。

第２の補機バッテリ７としては、新たなバッテリを追加で搭載する必要がないため、車両のシステム制御用に搭載されているシステム専用バッテリを用いることがより好ましい。以下では、第１の補機バッテリ６として好適に用いられるシステム専用バッテリを用いる例について説明する。システム専用バッテリには、バックアップ負荷９が接続されている。

バックアップ負荷９は、前述した第１の補機バッテリ６に接続されている負荷のうち、例えばアクセル、ブレーキ等のバイワイヤシステム等のシステム制御用に用いられる負荷が含まれる。そして、バックアップ負荷９には、通常第１の補機バッテリ６から電力が供給されるが、第１の補機バッテリ６から電力が供給されない場合等に、システム専用バッテリから電力が供給される。

制御装置８は、第１のリレー４及び第２のリレー５と接続されており、第１のリレー４及び第２のリレー５のオン及びオフの動作を制御する。具体的には、制御装置８は、メインバッテリ２に充電された電力を第１の補機バッテリ６よりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリ７に供給することにより第２の補機バッテリ７を充電し、第２の補機バッテリ７に充電された電力を第１の補機バッテリ６に供給することにより第１の補機バッテリ６を充電するように、第１のリレー４及び第２のリレー５を制御する。

また、制御装置８は、第１の補機バッテリ６の充電状態及び第２の補機バッテリ７の充電状態を判断する。制御装置８による第１の補機バッテリ６の充電状態の判断方法としては、特に限定されないが、例えば第１の補機バッテリ６と第１のリレー４との間に設けられた図示しない電流センサにより検知した電流に基づいて判断する方法が挙げられる。また、制御装置８による第２の補機バッテリ７の充電状態の判断方法としては、例えば第２の補機バッテリ７と第２のリレー５との間に設けられた図示しない電流センサにより検知した電流に基づいて判断する方法が挙げられる。

制御装置８としては、例えばマイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を用いることができる。

（車両用充電装置の動作）
次に、本実施形態に係る車両用充電装置の動作について説明する。

制御装置８は、メインバッテリ２に充電された電力を第１の補機バッテリ６よりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリ７に供給することにより第２の補機バッテリ７を充電し、第２の補機バッテリ７に充電された電力を第１の補機バッテリ６に供給することにより第１の補機バッテリ６を充電するように、第１のリレー４及び第２のリレー５を制御する。

図２に、本実施形態に係る車両用充電装置の制御装置８による制御の一例のフローチャートを示す。以下、図２を参照しながら、各々のステップＳ１〜Ｓ７について説明する。なお、図２に示す実施形態は、プラグイン充電時にメインバッテリ２から供給される電力の充電方法であるが、本発明はこの点において限定されるものではない。

（Ｓ１）プラグイン充電が開始されると、制御装置８は第１のリレー４をオフし、第２のリレー５をオンする。これにより、メインバッテリ２に充電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第２のリレー５を介して第２の補機バッテリ７に供給され、第２の補機バッテリ７が充電される。このとき、第１のリレー４はオフ状態となるため、メインバッテリ２に充電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して第１の補機バッテリ６に供給されることはない。

（Ｓ２）制御装置８は、第２の補機バッテリ７の充電状態を検出し、第２の補機バッテリ７が満充電であるか否かを判断する。第２の補機バッテリ７が満充電であると判断された場合には、ステップＳ３に移行する。一方、第２の補機バッテリ７が満充電でないと判断された場合には、ステップＳ４に移行する。

（Ｓ３）制御装置８は、第１のリレー４をオンし、第２のリレー５をオフする。これにより、メインバッテリ２に充電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３及び第１のリレー４を介して第１の補機バッテリ６に供給され、第１の補機バッテリ６が充電される。このとき、第２のリレー５はオフ状態となるため、メインバッテリ２に充電された電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して第２の補機バッテリ７に供給されることはないため、第２の補機バッテリ７は満充電状態を越えて充電されることはない。

（Ｓ４）制御装置８は、プラグイン充電が終了したか否かを判断する。プラグイン充電が終了したと判断された場合には、ステップＳ５に移行する。一方、プラグイン充電が終了していないと判断された場合には、ステップＳ２に移行する。

（Ｓ５）制御装置８は、第１のリレー４をオンし、第２のリレー５をオンする。これにより、第２の補機バッテリ７に充電された電力が第２のリレー５及び第１のリレー４を介して第１の補機バッテリ６に供給され、第１の補機バッテリ６が充電される。

（Ｓ６）制御装置８は、第１の補機バッテリ６の充電状態を検出し、第１の補機バッテリ６が満充電であるか否かを判断する。第１の補機バッテリ６が満充電であると判断された場合には、ステップＳ７に移行する。一方、第１の補機バッテリ６が満充電でないと判断された場合には、第１の補機バッテリ６が満充電となるまでステップＳ６を繰り返す。なお、ステップＳ６においては、第１の補機バッテリ６が満充電であるか否かの判断に替えて、制御装置８は第２の補機バッテリ７の放電電流が一定値以下であるか否かを判断しても良い。また、制御装置８は第２の補機バッテリ７の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）が一定値以下であるか否かを判断しても良い。

（Ｓ７）制御装置８は、第１のリレー４をオンし、第２のリレー５をオフし、車両充電装置の動作が終了する。

以上に説明したように、本実施形態に係る車両用充電装置によれば、メインバッテリ２に充電された電力を第１の補機バッテリ６よりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリ７に供給することにより第２の補機バッテリ７を充電し、第２の補機バッテリ７に充電された電力を第１の補機バッテリ６に供給することにより第１の補機バッテリ６を充電する。このため、外部充電装置１１からの充電時には、第１の補機バッテリ６よりも充電効率の高い第２の補機バッテリ７に優先的に充電が行われる。

また、外部充電装置１１からの充電が終了した後に、第２の補機バッテリ７に充電された電力により、第１の補機バッテリ６が充電される。このため、外部充電装置１１からの充電時の補機バッテリの充電効率を向上させ、単位時間当たりにより多くの電力を充電することができる。すなわち、車両用充電装置の充電効率を向上させ、単位時間当たりにより多くの電力を充電することができる。

以上、車両用充電装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１充電器
２メインバッテリ
３ＤＣ／ＤＣコンバータ
４第１のリレー
５第２のリレー
６第１の補機バッテリ
７第２の補機バッテリ
８制御装置
９バックアップ負荷
１１外部充電装置

Claims

メインバッテリと、
第１の補機バッテリと、
前記第１の補機バッテリよりも充電受入性能が高い第２の補機バッテリと
を備え、
前記メインバッテリに充電された電力を前記第２の補機バッテリに供給することにより前記第２の補機バッテリを充電し、前記第２の補機バッテリに充電された電力を前記第１の補機バッテリに供給することにより前記第１の補機バッテリを充電する、
車両用充電装置。