(57)【要約】【課題】二次電池の充電電流及び放電電流を検出する単一の電流センサの出力信号に基づいてインバータの出力電流を制御することができるようにする。【解決手段】二次電池充電装置は、ＡＣをＤＣに変換して出力するインバータと、二次電池に充電電流として入力されるインバータの出力電流を制御する制御部とを備え、制御部は、二次電池に入力される充電電流および二次電池から出力される放電電流を検出する単一の電流検出部の出力信号に基づいて、インバータの出力電流を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣをＤＣに変換して出力するインバータと、
二次電池に充電電流として入力される前記インバータの出力電流を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記二次電池に入力される前記充電電流および前記二次電池から出力される放電電流を検出する単一の電流検出部の出力信号に基づいて、前記インバータの出力電流を制御する、
ことを特徴とする二次電池充電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電流検出部の出力信号に基づく電流値が、予め定められた上限値と下限値によって定まる範囲内に収まるように、前記インバータの出力電流を制御する、
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される二次電池を充電する二次電池充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリット車や電気自動車などの車両に搭載される二次電池を充電する二次電池充電装置がある。
図５は、二次電池充電装置を含む従来の車載システムの一例を示す図である。
【０００３】
図５に示した車載システム２００は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１０と、二次電池充電装置２２０と、二次電池パック２３０を含む。
ＨＶ−ＥＣＵ２１０は、二次電池充電装置２２０と二次電池パック２３０を制御する。
【０００４】
二次電池充電装置２２０は、充電ＥＣＵ２２１と、インバータ２２２と、Ｊ／Ｂ（ジャンクションボックス）２２３、電流センサ２２４とを含む。充電ＥＣＵ２２１は、インバータ２２２を制御する。インバータ２２２は、図示しない外部の系統ＡＣ電源から供給される系統ＡＣをＤＣに変換し出力する。Ｊ／Ｂ２２３は、図示しないリレー回路やヒューズを含む。電流センサ２２４は、インバータ２２２の出力電流を検出する。二次電池充電装置２２０において、充電ＥＣＵ２２１は、電流センサ２２４の出力信号に基づいてインバータ２２２の出力を制御する。また、インバータ２２２の出力は、Ｊ／Ｂ２２３を介して、二次電池パック２３０へ出力される。
【０００５】
二次電池パック２３０は、電池ＥＣＵ２３１と、二次電池モジュール２３２と、Ｊ／Ｂ２３３と、電流センサ２３４とを含む。電池ＥＣＵ２３１は、二次電池モジュール２３２に含まれる図示しない複数の二次電池セルの状態監視等を行う。二次電池モジュール２３２は、複数の二次電池セルが直列に接続された構成を含む。Ｊ／Ｂ２３３は、図示しないリレー回路やヒューズを含む。電流センサ２３４は、二次電池モジュール２３２の複数の二次電池セルに入力される充電電流及びその複数の二次電池セルから出力される放電電流を検出する。二次電池パック２３０において、電池ＥＣＵ２３１は、電流センサ２３４の出力信号等に基づいて複数の二次電池セルの充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を求める。また、二次電池充電装置２２０の出力は、Ｊ／Ｂ２３３を介して、二次電池モジュール２３２の複数の二次電池セルへ供給され、その複数の二次電池セルの出力は、Ｊ／Ｂ２３３を介して、図示しない駆動用モータ等へ出力される。
【０００６】
なお、車載システム２００において、二次電池充電装置２２０のインバータ２２２と二次電池パック２３０の二次電池モジュール２３２は、Ｊ／Ｂ２２３、２３３を介して接続されている。従って、インバータ２２２の出力電流と二次電池モジュール２３２の複数の二次電池セルへ供給される充電電流は同じものである。よって、インバータ２２２の出力電流を検出する電流センサ２２４と、二次電池モジュール２３２の複数の二次電池セルへ供給される充電電流を検出する電流センサ２３４は、同じ電流を異なる位置で検出していることになる。
【０００７】
従来の車載システムでは、車載システム２００のように、二次電池充電装置と二次電池パックの各々が電流センサを備え、各電流センサが同じ電流を検出する構成を有するシステムがある。このようなシステムでは、複数の電流センサで同じ電流を検出していることから、電流センサが余計に使用されていることになる。また、各電流センサのメーカーが異なるときには電流センサの特性が異なる場合があり、同じ電流を検出しているにもかかわらず異なる値の電流が検出される虞がある。
【０００８】
なお、従来の車載システムにおいては、バッテリにおける電流値を検知する電流センサを含むシステム（例えば特許文献１参照）が知られている。また、二次電池から放電され又は二次電池に充電される電流を検出する電流センサを含むシステム（例えば特許文献２参照）が知られている。また、蓄電装置に対して入出力される電流値を検出する電流検出部と主正母線とインバータとの間の電流値を検出する電流センサとを含むシステム（例えば特許文献３参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１０１６７４号公報
【特許文献２】特開２００６−１８９３８５号公報
【特許文献３】特開２００８−１３１７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑み、二次電池の充電電流及び放電電流を検出する単一の電流センサの出力信号に基づいてインバータの出力電流を制御することができる二次電池充電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様に係る二次電池充電装置は、ＡＣをＤＣに変換して出力するインバータと、二次電池に充電電流として入力されるインバータの出力電流を制御する制御部とを備え、制御部は、二次電池に入力される充電電流および二次電池から出力される放電電流を検出する単一の電流検出部の出力信号に基づいて、インバータの出力電流を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、二次電池の充電電流及び放電電流を検出する単一の電流センサの出力信号に基づいてインバータの出力電流を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施の形態に係る二次電池充電装置を含む車載システムの一例を示す図である。
【図２】車載システムの充電動作の一例を示す第１のフローチャートである。
【図３】車載システムの充電動作の一例を示す第２のフローチャートである。
【図４】充電動作において充電ＥＣＵにより行われるインバータの制御例を説明する図である。
【図５】二次電池充電装置を含む従来の車載システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る二次電池充電装置を含む車載システムの一例を示す図である。
【００１５】
図１に示したように、車載システム１００は、ＨＶ−ＥＣＵ１１０と、本実施形態に係る二次電池充電装置１２０と、二次電池パック１３０を含む。なお、車載システム１００は、例えば、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、電気自動車、又はフォークリフト等の車両に搭載されている。
【００１６】
ＨＶ−ＥＣＵ１１０は、二次電池充電装置１２０と二次電池パック１３０を制御する。
二次電池充電装置１２０は、充電ＥＣＵ１２１と、インバータ１２２と、Ｊ／Ｂ１２３を含む。充電ＥＣＵ１２１は、インバータ１２２を制御する。インバータ１２２は、図示しない外部の系統ＡＣ電源から供給される系統ＡＣをＤＣに変換し出力する。Ｊ／Ｂ１２３は、図示しないリレー回路やヒューズを含む。二次電池充電装置１２０において、充電ＥＣＵ１２１は、後述の電流センサ１３４の出力信号に基づいてインバータ１２２の出力を制御する。また、インバータ１２２の出力は、Ｊ／Ｂ１２３を介して、二次電池パック１３０へ出力される。
【００１７】
なお、二次電池充電装置１２０において、インバータ１２２は、ＡＣをＤＣに変換して出力するインバータの一例である。充電ＥＣＵ１２１は、二次電池に充電電流として入力されるインバータの出力電流を制御する制御部の一例である。
【００１８】
二次電池パック１３０は、電池ＥＣＵ１３１と、二次電池モジュール１３２と、Ｊ／Ｂ１３３と、電流センサ１３４とを含む。電池ＥＣＵ１３１は、二次電池モジュール１３２に含まれる図示しない複数の二次電池セルの状態監視等を行う。二次電池モジュール１３２は、複数の二次電池セルが直列に接続された構成を含む。なお、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルは、二次電池の一例である。Ｊ／Ｂ１３３は、図示しないリレー回路やヒューズを含む。電流センサ１３４は、例えばシャント抵抗、ホール素子、磁気抵抗効果素子等を用いた電流センサであって、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルに入力される充電電流（電流値）及びその複数の二次電池セルから出力される放電電流（電流値）を検出する。なお、電流センサ１３４は、電流検出部の一例である。二次電池パック１３０において、電池ＥＣＵ１３１は、電流センサ１３４の出力信号等に基づいて複数の二次電池セルの充電状態（ＳＯＣ）を求める。また、二次電池充電装置１２０の出力は、Ｊ／Ｂ１３３を介して、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルへ供給され、その複数の二次電池セルの出力は、Ｊ／Ｂ１３３を介して、図示しない駆動用モータ等へ出力される。
【００１９】
なお、車載システム１００において、ＨＶ−ＥＣＵ１１０、充電ＥＣＵ１２１、電池ＥＣＵ１３１の各々は、例えばプロセッサやメモリを含む構成により実現されている。また、ＨＶ−ＥＣＵ１１０、充電ＥＣＵ１２１、電池ＥＣＵ１３１は、信号線として例えばＣＡＮ（Controller Area Network）を介して接続され、互いにデータの送受信が行われる。また、インバータ１２２とＪ／Ｂ１２３、Ｊ／Ｂ１２３とＪ／Ｂ１３３、Ｊ／Ｂ１３３と二次電池モジュール１３２は、それぞれ電力線（ワイヤーハーネス）を介して接続されている。
【００２０】
このような構成の車載システム１００において、充電動作は次のようにして行われる。
図２、図３は、車載システム１００の充電動作の一例を示すフローチャートである。
なお、図２、図３において、左側の処理の流れは二次電池充電装置１２０（充電ＥＣＵ１２１）の動作を示し、右側の処理の流れは二次電池パック１３０（電池ＥＣＵ１３１）の動作を示す。
【００２１】
図２、図３に示したように、本動作が開始すると、まず、充電ＥＣＵ１２１は、二次電池充電装置１２０を起動し（Ｓ１０１）、起動信号をＣＡＮを介して送信する（Ｓ１０２）。なお、起動信号は、二次電池充電装置１２０が起動したことを通知する信号である。
【００２２】
既に起動されている二次電池パック１３０において、電池ＥＣＵ１３１は、充電ＥＣＵ１２１によりＣＡＮを介して送信された起動信号を受信すると（Ｓ２０１）、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルのＳＯＣを取得する（Ｓ２０２）。なお、ＳＯＣは、例えば、前回に取得したＳＯＣと電流の積算値と補正値等に基づいて求められる。電流の積算値は、例えば、前回のＳＯＣの取得後に電流センサ１３４により検出された電流の積算値である。或いは、ＳＯＣは、例えば、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルの開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）とＳＯＣとが互いに対応付けられたマップ等に基づいて求められる。この場合、マップは、例えば、電池ＥＣＵ１３１の図示しないメモリに格納される。
【００２３】
Ｓ２０２の後、電池ＥＣＵ１３１は、Ｓ２０２で取得されたＳＯＣに基づいて満充電に必要な充電容量を求める等の充電計画処理を行う（Ｓ２０３）。続いて、電池ＥＣＵ１３１は、Ｓ２０３で求められた満充電に必要な充電容量から満充電に必要な充電電流値及び充電時間を求める等の充電電流計画処理を行う（Ｓ２０４）。ここで、満充電に必要な充電電流値及び充電時間とは、例えば、その充電電流値の充電電流を、その充電時間の間、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルへ入力させることにより、それが満充電に至るということを示している。なお、満充電に必要な充電電流値は、例えば、上限値と下限値によって定まる所定範囲の電流値として定義してもよい。
【００２４】
続いて、電池ＥＣＵ１３１は、Ｓ２０４の充電電流計画処理の処理結果（満充電に必要な充電電流値及び充電時間）を含む充電計画データを、ＣＡＮを介して送信する（Ｓ２０５）。
【００２５】
二次電池充電装置１２０において、充電ＥＣＵ１２１は、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された充電計画データを受信すると（Ｓ１０３）、充電許可信号をＣＡＮを介して送信する（Ｓ１０４）。なお、充電許可信号は、充電許可を通知する信号である。また、充電ＥＣＵ１２１は、Ｓ１０４の後、Ｓ１０３で受信した充電計画データに従ってインバータ１２２の出力（出力電流）を制御し、充電を開始する（Ｓ１０５）。すなわち、充電ＥＣＵ１２１は、インバータ１２２の出力（出力電流）が、充電計画データに従った電流値（例えば上記の満充電に必要な充電電流値）となるように、インバータ１２２の制御を行う。
【００２６】
Ｓ１０５の後、充電ＥＣＵ１２１は、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された電流値を受信すると（Ｓ１０６）、その電流値とＳ１０３で受信した充電計画データに基づいてインバータ１２２の出力（出力電流）を制御する。すなわち、充電ＥＣＵ１２１は、インバータ１２２の出力（出力電流）が、充電計画データに従った電流値（例えば上記の満充電に必要な充電電流値（上記の所定範囲の電流値））となるように、Ｓ１０６で受信した電流値に基づいて、インバータ１２２の制御を行う。なお、Ｓ１０６で受信される電流値は、後述の電流センサ１３４により検出された電流値である。
【００２７】
また、充電ＥＣＵ１２１は、充電を停止するか否かの判定も行っている（Ｓ１０７）。この判定では、充電ＥＣＵ１２１が、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された後述の充電停止信号を受信すると（Ｓ１０８）Ｓ１０７の判定結果がＹｅｓとなり、そうでないとＮｏとなる。Ｓ１０７の判定結果がＮｏの場合、充電ＥＣＵ１２１は、充電を継続する（Ｓ１０９）。一方、Ｓ１０７の判定結果がＹｅｓの場合、充電ＥＣＵ１２１は、充電を停止し（Ｓ１１０）、二次電池充電装置１２０における充電動作が終了する。
【００２８】
一方、二次電池パック１３０において、電池ＥＣＵ１３１は、充電ＥＣＵ１２１によりＣＡＮを介して送信された充電許可信号を受信すると（Ｓ２０６）、電流センサ１３４により検出された電流値を取得し（Ｓ２０７）、それをＣＡＮを介して送信する（Ｓ２０８）。また、電池ＥＣＵ１３１は、Ｓ２０８の後、Ｓ２０７で取得した電流値が、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルに許容される電流値（許容充電電流値）であるか否かを判定する（Ｓ２０９）。なお、許容充電電流値は、その複数の二次電池セルの仕様により定められている。Ｓ２０９の判定結果がＹｅｓの場合、電池ＥＣＵ１３１は、その複数の二次電池セルのＳＯＣを取得する（Ｓ２１０）。そして、電池ＥＣＵ１３１は、Ｓ２１０で取得したＳＯＣに基づいて、その複数の二次電池セルが満充電状態であるか否かを判定し（Ｓ２１１）、その判定結果がＮｏの場合には、処理がＳ２０７へ戻る。一方、Ｓ２１１の判定結果がＹｅｓの場合、又は、Ｓ２０９がＮｏの場合、電池ＥＣＵ１３１は、充電停止信号をＣＡＮを介して送信し（Ｓ２１２）、二次電池パック１３０における充電動作が終了する。
【００２９】
このような動作により、車載システム１００において、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルの充電が行われる。
図４は、上述の充電動作において充電ＥＣＵ１２１により行われるインバータ１２２の制御例を説明する図である。
【００３０】
図４に示したように、充電中において、充電ＥＣＵ１２１は、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された電流値１４０が、充電計画データに従った電流値となるように、インバータ１２２の制御を行う。なお、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された電流値１４０は、電流センサ１３４により検出され、電池ＥＣＵ１３１により取得された電流値であって、インバータ１２２の出力電流値でもある。また、充電計画データに従った電流値は、ここでは、上限値１４１と下限値１４２によって定まる一定範囲の電流値としている。従って、充電ＥＣＵ１２１は、電池ＥＣＵ１３１によりＣＡＮを介して送信された電流値１４０が、上限値１４１と下限値１４２によって定まる一定範囲内に収まるよう、インバータ１２２の出力（出力電流）の制御を行う。
【００３１】
なお、上述の充電動作において、電池ＥＣＵ１３１により行われるＳ２０７乃至Ｓ２１１では、Ｓ２０９の判定結果がＮｏ、又は、Ｓ２１１の判定結果がＹｅｓになるまで、そのＳ２０７乃至Ｓ２１１が繰り返し行われる。このようにＳ２０７乃至Ｓ２１１が繰り返し行われる場合、Ｓ２０７が行われるタイミングの間隔は、Ｓ２０７乃至Ｓ２１１の処理に要する時間であることは勿論のこと、それに加えて、次のような条件も満たす間隔となっている。
【００３２】
その条件とは、例えば、電流値の取得に要する時間と、電流値の伝送に要する時間と、インバータ１２２の制御に要する時間と、待機時間（Wait時間）とを加算した時間が、Ｓ２０７が行われるタイミングの間隔内に収まるという条件である。なお、電流値の取得に要する時間とは、より具体的には、電池ＥＣＵ１３１が電流センサ１３４の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）するのに要する時間である。電流値の伝送に要する時間とは、電流値がＣＡＮを介して電池ＥＣＵ１３１から充電ＥＣＵ１２１へ伝送されるまでに要する時間である。インバータ１２２の制御に要する時間とは、受信した電流値に基づいて充電ＥＣＵ１２１がインバータ１２２を制御するのに要する時間である。待機時間（Wait時間）とは、充電ＥＣＵ１２１により行われたインバータ１２２の制御がインバータ１２２の出力（出力電流）に反映されるまでに要する時間（時定数）である。
【００３３】
また、その条件に、例えば、Ｓ２０７が行われるタイミングの間隔が、図５に示した従来の車載システム２００における充電ＥＣＵ２２１が電流センサ２２４により検出される電流値を取得するタイミングの間隔以下であるという条件を更に追加してもよい。
【００３４】
以上、本実施形態に係る二次電池充電装置１２０を含む車載システム１００によれば、二次電池モジュール１３２の複数の二次電池セルの充電電流及び放電電流を検出する電流センサ１３４の出力信号に基づいてインバータ１２２の出力電流の制御が可能になる。これにより、車載システム１００は、電流センサとして、単一の電流センサを備えていれば良く、例えば図５に示した従来の車載システム２００のように、二次電池充電装置と二次電池パックにそれぞれ電流センサを設ける必要はない。従って、システムの構成を、より簡素化することができる。また、複数の電流センサを用いて同じ電流を検出することがないので、同じ電流を検出しているにもかかわらず異なる値の電流が検出される虞もない。
【００３５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１００    車載システム
１１０    ＨＶ−ＥＣＵ
１２０    二次電池充電装置
１２１    充電ＥＣＵ
１２２    インバータ
１２３    Ｊ／Ｂ
１３０    二次電池パック
１３１    電池ＥＣＵ
１３２    二次電池モジュール
１３３    Ｊ／Ｂ
１３４    電流センサ
１４０    電流値
１４１    上限値
１４２    下限値
２００    車載システム
２１０    ＨＶ−ＥＣＵ
２２０    二次電池充電装置
２２１    充電ＥＣＵ
２２２    インバータ
２２３    Ｊ／Ｂ
２２４    電流センサ
２３０    二次電池パック
２３１    電池ＥＣＵ
２３２    二次電池モジュール
２３３    Ｊ／Ｂ
２３４    電流センサ
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図５】
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