JP2007143370A - 充電装置、電動車両および充電システム - Google Patents

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Tetsuhiro Ishikawa
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Abstract

【課題】蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる充電装置を提供する。
【解決手段】商用電源５５からの蓄電装置Ｂの充電制御時、蓄電装置Ｂの充電と冷却とが時分割して行なわれる。すなわち、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの温度が上昇すると、システムメインリレー５をオフさせ、かつ、昇圧コンバータ１０を停止するとともに、インバータ４０を駆動してエアコン用コンプレッサＭＣを作動させる。そして、制御装置６０は、蓄電装置Ｂが冷却されると、システムメインリレー５を再びオンさせ、かつ、昇圧コンバータ１０を駆動するとともに、インバータ４０を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、充電装置、電動車両および充電システムに関し、特に、電動車両に搭載され、車両外部の商用電源から蓄電装置を充電可能な充電装置の充電方法に関する。
特開平５−２７６６７７号公報（特許文献１）は、電気自動車（Electric Vehicle）やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）などの電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源を用いて充電する充電装置を開示する。この充電装置は、蓄電装置を冷却する冷却手段と、充電器からの充電電力によって冷却手段を駆動する駆動回路とを備える。
この充電装置においては、充電器から蓄電装置へ充電電力が供給されると、充電電力の一部が冷却手段へも供給され、蓄電装置の充電中、蓄電装置は冷却手段によって冷却される。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の温度上昇を抑制することができ、良好な充電を行なうことができる（特許文献１参照）。
特開平５−２７６６７７号公報 特許第３３１４３８５号公報 特許第３４５０９０６号公報 特開平８−６５８１４号公報
しかしながら、特開平５−２７６６７７号公報に開示される充電装置では、冷却手段による消費電力が大きいと、外部から供給される電力の多くが冷却手段の駆動に用いられ、蓄電装置を充電できなくなる可能性がある。
特に、蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、電力消費量は多いが冷却能力の高い電動エアコンなどを蓄電装置の冷却手段として用いる場合であって、外部から供給される電力（商用電力）の使用量が電力会社との契約により所定量に制限されている一般家庭などにおいて蓄電装置の充電が行なわれる場合においては、特開平５−２７６６７７号公報に開示される充電装置では、蓄電装置の充電電力を確保できなくなるおそれがある。
すなわち、この充電装置では、入力された商用電力は蓄電装置の充電分と冷却手段の駆動分とに振り分けられるところ、入力された商用電力が冷却手段の駆動と電圧変換の際に発生する損失とによって消費され、蓄電装置の充電電力を全く確保できない事態が発生し得る。
一方、電力会社との契約電力量を引き上げるのは、利用者に負担を強いるものであり、仮に契約電力量を引き上げたとしても、将来的に蓄電装置の大型化およびそれに伴なう冷却手段の冷却能力が増大したときに、蓄電装置の充電電力を確実に確保できることを保障することはできない。
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる充電装置を提供することである。
また、この発明の別の目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる電動車両を提供することである。
また、この発明の別の目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる充電システムを提供することである。
この発明によれば、充電装置は、商用電源から供給される商用電力を受ける電力入力部と、電力入力部から入力される商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換して蓄電装置を充電する充電制御部と、蓄電装置を冷却する冷却装置と、充電制御部と冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える。
この発明による充電装置においては、充電制御部と冷却装置とが時分割して駆動されることにより蓄電装置の充電と冷却とが時分割して行なわれるので、電力入力部から入力された商用電力は、蓄電装置の充電が行なわれる時間帯においては、変換ロスを除いて全て蓄電装置に供給され、蓄電装置の冷却が行なわれる時間帯においては、冷却装置に供給される。
したがって、この発明による充電装置によれば、蓄電装置の充電電力を確実に確保することができる。その結果、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増加させることなく、蓄電装置を充電することができる。
好ましくは、冷却装置は、電力入力部から入力される商用電力を受けて駆動される。
この充電装置においては、冷却装置の駆動に蓄電装置の電力が用いられない。したがって、この充電装置によれば、効率的に蓄電装置を充電することができる。
好ましくは、制御部は、冷却装置による蓄電装置の冷却が充電制御部による蓄電装置の充電よりも優先するように充電制御部および冷却装置を制御する。
この充電装置においては、充電制御部による蓄電装置の充電よりも冷却装置による蓄電装置の冷却が優先される。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の過熱による破損を確実に防止することができる。
好ましくは、制御部は、蓄電装置の充電電力および冷却装置の消費電力の各々が所定量を超えないように充電制御部および冷却装置を制御する。
したがって、この充電装置によれば、商用電力の使用量を所定量、たとえば電力会社との契約電力量までに抑えつつ、蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。
好ましくは、充電装置は、蓄電装置と充電制御部との間に接続され、かつ、制御部から与えられる指令に応じて動作するリレー装置をさらに備える。制御部は、蓄電装置の冷却が行なわれるとき、リレー装置へ遮断指令を出力し、かつ、冷却装置へ駆動指令を出力し、蓄電装置の充電が行なわれるとき、リレー装置へ接続指令を出力し、かつ、冷却装置へ停止指令を出力する。
この充電装置においては、蓄電装置の冷却が行なわれるとき、制御部はリレー装置へ遮断指令を出力するので、蓄電装置が充電制御部から電気的に切離される。そして、蓄電装置の充電が行なわれるとき、制御部はリレー装置へ接続指令を出力し、かつ、冷却装置へ停止指令を出力するので、蓄電装置が充電制御部と電気的に接続され、かつ、冷却装置が停止する。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の冷却と充電とが同時に行なわれることを抑止することができる。
好ましくは、冷却装置は、電動エアコンを含む。
この充電装置においては、蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、電力消費量は多いが冷却能力の高い電動エアコンが冷却装置として用いられる。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の冷却性を十分に確保しつつ、蓄電装置を確実に充電することができる。
また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動機と、上述したいずれかの充電装置を備える。
したがって、この発明による電動車両によれば、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増加させることなく、蓄電装置を充電することができる。
また、この発明によれば、充電システムは、各々が上述したいずれかの充電装置を含む複数の電動車両と、複数の電動車両が接続され、商用電源から供給される商用電力を複数の電動車両の少なくとも１台へ出力する充電設備とを備える。充電設備は、複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えないように複数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む。
この発明による充電システムにおいては、充電設備から複数の電動車両へ供給される電力の総和が所定量を超えることはない。したがって、この充電システムによれば、商用電力の使用量を所定量、たとえば電力会社との契約電力量までに抑えつつ、各電動車両において蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。
好ましくは、複数の電動車両の各々は、蓄電装置の充電状態を示す状態量を算出する状態量算出部と、状態量算出部によって算出された状態量を充電設備へ出力する出力部とをさらに含む。電力制御部は、複数の電動車両の各々から受ける状態量が最も少ない電動車両へ商用電力を優先的に出力する。
この充電システムにおいては、蓄電装置の充電状態を示す状態量（ＳＯＣ）が最も少ない電動車両が優先的に充電される。したがって、この充電システムによれば、複数の電動車両を効率的に充電することができる。
この発明によれば、蓄電装置の充電と冷却とを時分割して行なうようにしたので、蓄電装置の冷却性を確保しつつ蓄電装置を確実に充電することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分配機構３と、車輪２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置Ｂと、システムメインリレー５と、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、入力ポート５０と、制御装置６０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬ１，ＳＬ２と、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、インバータ４０と、Ｕ相ラインＵＬ３と、Ｖ相ラインＶＬ３と、Ｗ相ラインＷＬ３と、エアコン用コンプレッサＭＣと、温度センサ７０とをさらに備える。
動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分配機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。
なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪２に結合されている。また、動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン４の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組込まれる。
蓄電装置Ｂは、システムメインリレー５を介して電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１に接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間に接続される。昇圧コンバータ１０は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１と電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２との間に接続される。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に接続される。インバータ２０，３０，４０は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２に互いに並列に接続される。
モータジェネレータＭＧ１は、図示されないＹ結線された３相コイルをステータコイルとして含み、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してインバータ２０に接続される。モータジェネレータＭＧ２も、図示されないＹ結線された３相コイルをステータコイルとして含み、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してインバータ３０に接続される。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイルの中性点Ｎ１，Ｎ２にそれぞれ電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の一端が接続され、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２の他端に入力ポート５０が接続される。エアコン用コンプレッサＭ３は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ３，ＶＬ３，ＷＬ３を介してインバータ４０に接続される。
蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ１０へ直流電力を供給する。また、蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ１０から電源ラインＰＬ１へ出力される直流電力を受けて充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。
システムメインリレー５は、制御装置６０からの信号ＳＥに応じて、蓄電装置Ｂと電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１との電気的な接続および切離しを行なう。具体的には、システムメインリレー５は、信号ＳＥが活性化されているとき、蓄電装置Ｂを電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１と電気的に接続する。また、システムメインリレー５は、信号ＳＥが非活性化されているとき、蓄電装置Ｂを電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ１から電気的に切離す。
コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ１との間の電圧変動を平滑化する。昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０，３０から受ける直流電圧を蓄電装置Ｂの電圧レベルに降圧して蓄電装置Ｂを充電する。昇圧コンバータ１０は、たとえば、昇降圧型のチョッパ回路などによって構成される。
コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間の電圧変動を平滑化する。インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ２０は、エンジン４の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。
インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪２からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。
また、インバータ２０，３０は、入力ポート５０から入力される商用電源５５からの商用電力を用いて蓄電装置Ｂの充電が行なわれるとき、入力ポート５０から電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる商用電力を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を電源ラインＰＬ２へ出力する。
モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流電動機であり、たとえば３相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４の出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン４の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。
入力ポート５０は、商用電源５５からの商用電力をハイブリッド自動車１００に入力するための入力端子である。入力ポート５０は、商用電源５５のコンセントに接続され、たとえば、自宅の電源コンセントに接続される。また、入力ポート５０は、制御装置６０からの信号ＥＮに応じて動作するリレーを内部に備えており（図示せず）、その信号ＥＮに応じて電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２と商用電源側との電気的な接続および切離しを行なう。
インバータ４０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ３に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をエアコン用コンプレッサＭＣへ出力する。
エアコン用コンプレッサＭＣは、このハイブリッド自動車１００に搭載される電動エアコンに用いられるコンプレッサである。エアコン用コンプレッサＭＣは、３相交流電動機から成り、インバータ４０から受ける３相交流電圧によって駆動される。エアコン用コンプレッサＭＣが駆動されて電動エアコンが作動すると、電動エアコンは、車室内の空調装置として機能するとともに、蓄電装置Ｂを冷却する冷却装置として機能する。
温度センサ７０は、蓄電装置Ｂの温度Ｔを検出し、その検出した温度Ｔを制御装置６０へ出力する。
制御装置６０は、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣおよびインバータ２０，３０をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれ昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へ出力する。
また、制御装置６０は、商用電源５５からの商用電力による蓄電装置Ｂの充電時、入力ポート５０から電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる商用電力を直流電力に変換して蓄電装置Ｂの充電が行なわれるように、インバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０をそれぞれ制御するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２，ＰＷＣを生成し、信号ＳＥを活性化する。
ここで、制御装置６０は、温度センサ７０からの温度Ｔに基づいて蓄電装置Ｂの温度を監視する。そして、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの温度上昇を示す予め設定されたしきい値を蓄電装置Ｂの温度が超えると、信号ＳＥを非活性化し、かつ、信号ＰＷＣの生成を停止するとともに、信号ＰＷＭ３を生成してインバータ４０へ出力する。
そして、制御装置６０は、蓄電装置Ｂが冷却されたことを示す予め設定されたしきい値を蓄電装置Ｂの温度が下回ると、信号ＳＥを再び活性化し、かつ、信号ＰＷＣを生成するとともに、信号ＰＷＭ３の生成を停止する。
すなわち、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの温度が上昇すると、システムメインリレー５をオフさせ、かつ、昇圧コンバータ１０を停止するとともに、インバータ４０を駆動してエアコン用コンプレッサＭＣを作動させる。これにより、蓄電装置Ｂへの給電が遮断され、入力ポート５０から入力された電力がエアコン用コンプレッサＭＣに給電されて蓄電装置Ｂの冷却が行なわれる。
そして、制御装置６０は、蓄電装置Ｂが冷却されると、システムメインリレー５を再びオンさせ、かつ、昇圧コンバータ１０を駆動するとともに、インバータ４０を停止する。これにより、エアコン用コンプレッサＭＣへの給電が停止され、入力ポート５０から入力された電力は、インバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０におけるスイッチング損失分を除いて蓄電装置Ｂに全て供給される。
このように、このハイブリッド自動車１００においては、蓄電装置Ｂの充電制御時、蓄電装置Ｂの充電と冷却とが時分割して行なわれる。
図２は、図１に示したインバータ２０，３０およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のゼロ相等価回路を示す。３相インバータであるインバータ２０，３０の各々においては、６個のトランジスタのオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態はゼロ電圧ベクトルと称される。ゼロ電圧ベクトルについては、上アームの３つのトランジスタは互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図２では、インバータ２０の上アームの３つのトランジスタは上アーム２０Ａとしてまとめて示され、インバータ２０の下アームの３つのトランジスタは下アーム２０Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ３０の上アームの３つのトランジスタは上アーム３０Ａとしてまとめて示され、インバータ３０の下アームの３つのトランジスタは下アーム３０Ｂとしてまとめて示されている。
図２に示されるように、このゼロ相等価回路は、電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流の商用電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、インバータ２０，３０の各々においてゼロ電圧ベクトルを変化させ、インバータ２０，３０をそれぞれ単相ＰＷＭコンバータの各相アームとして動作するようにスイッチング制御することによって、交流の商用電力を直流電力に変換して電源ラインＰＬ２へ出力することができる。
図３は、図１に示した制御装置６０による蓄電装置Ｂの充電制御に関する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。
図３を参照して、制御装置６０は、まず、蓄電装置Ｂの充電制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。蓄電装置Ｂの充電制御中であるか否かについては、商用電源５５からの商用電力が入力ポート５０に印加され、かつ、入力ポート５０内のリレーがオンされているとき、充電制御中であると判定される。そして、制御装置６０は、充電制御中でないと判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、以降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。
ステップＳ１０において充電制御中であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置６０は、温度センサ７０からの温度Ｔに基づいて、蓄電装置Ｂの温度上昇を示す予め設定されたしきい値Ｔ１よりも蓄電装置Ｂの温度が高いか否かを判定する（ステップＳ２０）。制御装置６０は、蓄電装置Ｂの温度がしきい値Ｔ１以下であると判定すると（ステップＳ２０においてＮＯ）、以降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。
一方、蓄電装置Ｂの温度がしきい値Ｔ１よりも高いと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御装置６０は、信号ＰＷＭ３を生成してインバータ４０へ出力し、エアコン用コンプレッサＭＣに対応するインバータ４０を駆動する（ステップＳ３０）。さらに、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの充電制御の開始に伴なって活性化した信号ＳＥを非活性化し、システムメインリレー５をオフさせる（ステップＳ４０）。なお、このとき、制御装置６０は、昇圧コンバータ１０も停止させる。システムメインリレー５がオフされ、昇圧コンバータ１０が停止することにより、入力ポート５０から入力される電力は全てエアコン用コンプレッサＭＣに供給され、電動エアコンにより蓄電装置Ｂが冷却される。
電動エアコンによる蓄電装置Ｂの冷却中、制御装置６０は、温度センサ７０からの温度Ｔに基づいて、蓄電装置Ｂが十分に冷却されたことを示す予め設定されたしきい値Ｔ２（＜Ｔ１）を蓄電装置Ｂの温度が下回ったか否かを判定する（ステップＳ５０）。
そして、制御装置６０は、蓄電装置Ｂの温度がしきい値Ｔ２を下回ったと判定すると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、信号ＳＥを活性化し、システムメインリレー５をオンさせる（ステップＳ６０）。なお、このとき、制御装置６０は、昇圧コンバータ１０の駆動も開始する。さらに、制御装置６０は、信号ＰＷＭ３のインバータ４０への出力を停止してインバータ４０を停止する（ステップＳ７０）。これにより、入力ポート５０から入力される電力は、インバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０におけるスイッチング損失分を除いて蓄電装置Ｂへ全て供給され、蓄電装置Ｂが充電される。
図４は、入力ポート５０から入力される商用電力のハイブリッド自動車１００内における使用状況を示した図である。図４を参照して、横軸は、時間を示し、縦軸は、入力ポート５０から入力される商用電力を示す。ハイブリッド自動車１００が使用可能な電力量は、電力会社との契約電力によって制限される。
この図４では、蓄電装置Ｂの温度に基づいて、時刻ｔ０〜ｔ１およびｔ２〜ｔ３においては、入力された商用電力は蓄電装置Ｂの冷却に使用されている。また、時刻ｔ１〜ｔ２およびｔ３〜ｔ４においては、入力された商用電力は蓄電装置Ｂの充電に使用されている。
比較として、図５は、仮に蓄電装置Ｂの充電と冷却とが同時に行なわれる場合の商用電力の使用状況を示した図である。図５を参照して、たとえば夏の炎天下など高温の環境下においては、図に示されるように、入力された商用電力は蓄電装置Ｂの冷却に多く充てられる。特に、電動エアコンは、その冷却能力は大きいが消費電力も大きい。したがって、蓄電装置Ｂの充電は常時行なわれているけれども、蓄電装置Ｂに入力される充電電力は小さい。そして、インバータ２０，３０や昇圧コンバータ１０においては、スイッチング損失が発生するため、蓄電装置Ｂに入力されるはずの充電電力がスイッチング損失によって０になり得る。
これに対して、この実施の形態１では、上述のように、蓄電装置Ｂの冷却と充電とを時分割で行なうようにしたので、蓄電装置Ｂの充電が行なわれる時間帯が仮に少なくなっても、充電が行なわれる時間帯（図３の時刻ｔ１〜ｔ２およびｔ３〜ｔ４）においては、十分な充電電力が確保され、インバータ２０，３０や昇圧コンバータ１０のスイッチング損失によって蓄電装置Ｂに入力される充電電力が０となることはない。
なお、上記においては、商用電源５５からの蓄電装置Ｂの充電制御時においては、入力ポート５０から入力される商用電力を用いてエアコン用コンプレッサＭＣを駆動するものとしたが、入力ポート５０から入力される商用電力に代えて、蓄電装置Ｂに蓄電されている電力を用いてエアコン用コンプレッサＭＣを駆動してもよい。なお、この場合において、蓄電装置Ｂに蓄電されている電力を用いてエアコン用コンプレッサＭＣを駆動することにより蓄電装置Ｂの充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）が大きく低下した場合には、上述のように、入力ポート５０から入力される電力がエアコン用コンプレッサＭＣへ供給されるように切替可能としてもよい。
以上のように、この実施の形態１によれば、蓄電装置Ｂの充電と冷却とを時分割して行なうようにしたので、蓄電装置Ｂの充電電力を確実に確保することができる。その結果、蓄電装置Ｂの冷却性を確保しつつ蓄電装置Ｂを確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増加させることなく、蓄電装置Ｂを充電することができる。
［実施の形態２］
実施の形態２では、複数台の電動車両を充電可能な充電システムの構成が示される。
図６は、この発明の実施の形態２による充電システムを概略的に示す全体ブロック図である。なお、この図６では、２台の電動車両が充電される場合が代表的に示されるが、充電される電動車両は３台以上であってもよい。
図６を参照して、この充電システム２００は、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂと、充電ステーション８０と、商用電源５５とを備える。ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々は、入力ポート５０Ａによって充電ステーション８０に接続され、商用電源５５から供給される商用電力を充電ステーション８０から電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して受ける。また、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々は、搭載される蓄電装置のＳＯＣを算出し、その算出したＳＯＣを信号線ＳＧＬを介して充電ステーション８０へ出力する。
充電ステーション８０は、商用電源５５から商用電力を受け、その受けた商用電力をハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂへ供給する。充電ステーション８０は、電力ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８２を含む。電力ＥＣＵ８２は、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々から信号線ＳＧＬを介して各車両に搭載された蓄電装置のＳＯＣを受ける。そして、電力ＥＣＵ８２は、ＳＯＣの低い車両に搭載される蓄電装置が優先して充電されるように、充電ステーション８０からハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂへ出力する電力を制御する。
図７は、図６に示したハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの全体ブロック図である。なお、ハイブリッド自動車１００Ｂの構成は、ハイブリッド自動車１００Ａと同じであるので、以下では、ハイブリッド自動車１００Ａについて説明する。
図７を参照して、ハイブリッド自動車１００Ａは、図１に示した実施の形態１によるハイブリッド自動車１００の構成において、信号線ＳＧＬをさらに備え、入力ポート５０および制御装置６０に代えてそれぞれ入力ポート５０Ａおよび制御装置６０Ａを備える。
信号線ＳＧＬは、制御装置６０Ａと入力ポート５０Ａとの間に配設される。制御装置６０Ａは、蓄電装置ＢのＳＯＣを算出し、その算出したＳＯＣを信号線ＳＧＬへ出力する。なお、蓄電装置ＢのＳＯＣの算出方法については、蓄電装置Ｂの端子間電圧や充放電電流、温度などを用いて、公知の手法を用いることができる。
入力ポート５０Ａは、制御装置６０Ａから信号線ＳＧＬを介して受ける蓄電装置ＢのＳＯＣを図示されない充電ステーション８０へ出力する。なお、入力ポート５０Ａのその他の構成は、図１に示される入力ポート５０と同じである。
なお、ハイブリッド自動車１００Ａのその他の構成は、図１に示したハイブリッド自動車１００と同じである。
図８は、図６に示した充電ステーション８０の電力ＥＣＵ８２による電力制御に関する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。
図８を参照して、電力ＥＣＵ８２は、充電ステーション８０に接続されたハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々から各車両に搭載される蓄電装置ＢのＳＯＣを信号線ＳＧＬから取得する（ステップＳ１１０）。
次いで、電力ＥＣＵ８２は、各車両から取得したＳＯＣの差（絶対値）を算出し、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００ＢにおけるＳＯＣが略同等のレベルになったことを示す予め設定されたしきい値ΔＳＯＣをその算出されたＳＯＣ差が下回ったか否かを判定する（ステップＳ１２０）。
電力ＥＣＵ８２は、算出されたＳＯＣ差（絶対値）がしきい値ΔＳＯＣ以上であると判定すると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、充電ステーション８０からＳＯＣが低い方の車両へ優先的に商用電力が供給されるように、充電ステーション８０から出力される電力を制御する（ステップＳ１３０）。
一方、ステップＳ１２０において算出されたＳＯＣ差（絶対値）がしきい値ΔＳＯＣを下回っていると判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、電力ＥＣＵ８２は、充電ステーション８０から２台のハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂへ略均等に商用電力が供給されるように、充電ステーション８０から出力される電力を制御する（ステップＳ１４０）。
図９は、図６に示した充電ステーション８０からハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂに供給される商用電力の使用状況を示した図である。図９を参照して、横軸は、時間を示し、縦軸は、充電ステーション８０からハイブリッド自動車１００Ａおよび／または１００Ｂへ供給される商用電力を示す。また、「冷却（Ａ）」は、充電ステーション８０から供給される商用電力がハイブリッド自動車１００Ａに搭載される蓄電装置Ｂの冷却に使用されることを示し、「冷却（Ｂ）」は、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置Ｂの冷却に使用されることを示す。さらに、「充電（Ａ）」は、充電ステーション８０から供給される商用電力がハイブリッド自動車１００Ａに搭載される蓄電装置Ｂの充電に使用されることを示し、「充電（Ｂ）」は、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置Ｂの充電に使用されることを示す。そして、充電ステーション８０からハイブリッド自動車１００Ａおよび／または１００Ｂへ供給可能な電力量は、電力会社との契約電力によって制限される。
この図９では、時刻ｔ０〜ｔ４においては、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置ＢのＳＯＣがハイブリッド自動車１００Ａに搭載される蓄電装置ＢのＳＯＣよりも低いので、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置Ｂがハイブリッド自動車１００Ａに搭載される蓄電装置Ｂに優先して充電される。なお、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置Ｂの温度に基づいて、時刻ｔ０〜ｔ１およびｔ２〜ｔ３においては、入力された商用電力は、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置Ｂの冷却に使用され、時刻ｔ１〜ｔ２およびｔ３〜ｔ４においては、蓄電装置Ｂの充電に使用されている。
そして、時刻ｔ４において、ハイブリッド自動車１００Ｂに搭載される蓄電装置ＢのＳＯＣがハイブリッド自動車１００Ａに搭載される蓄電装置ＢのＳＯＣと略同等になると、その後は、契約電力の範囲内でハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂに略均等に電力が供給される。
なお、この図９では、時刻ｔ４〜ｔ８において、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々に搭載された蓄電装置Ｂの冷却および充電の切替タイミングがハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂにおいて同じタイミングで行なわれる場合が示されているが、ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂの各々における蓄電装置Ｂの冷却および充電の切替タイミングは、必ずしも同じである必要はなく、各車両に搭載される蓄電装置Ｂの温度に基づいて決定される。
以上のように、この実施の形態２によれば、商用電力の使用量を電力会社との契約電力量までに抑えつつ、各ハイブリッド自動車１００Ａ，１００Ｂにおいて蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。また、蓄電装置のＳＯＣが低い車両を優先的に充電するようにしたので、複数の車両を効率的に充電することができる。
なお、上記の各実施の形態１，２においては、蓄電装置Ｂを冷却する冷却装置として、エアコン用コンプレッサＭＣを含む電動エアコンを用いるものとしたが、電動エアコンに代えて冷却ファンなどを別途設けてもよい。
また、上記においては、この発明による電動車両の一例としてハイブリッド自動車の場合が示されたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限定されるものではなく、電気自動車（Electric Vehicle）や、燃料電池（Fuel Cell）と商用電力を用いて充電可能な蓄電装置とを搭載した燃料電池車なども含むものである。
また、上記においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２から商用電力を入力するものとしたが、ＡＣ／ＤＣコンバータを別途設けて商用電源５５からの商用電力を入力するようにしてもよい。なお、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に商用電力が入力される上記の各実施の形態１，２によれば、ＡＣ／ＤＣコンバータを別途設ける必要がないので、車両の軽量化や低コスト化に寄与し得る。
また、上記においては、昇圧コンバータ１０が設けられているが、この発明は、昇圧コンバータ１０を備えていない電動車両にも適用可能である。
なお、上記において、入力ポート５０（５０Ａ）および電力入力ラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、この発明における「電力入力部」を形成し、インバータ２０，３０、昇圧コンバータ１０、システムメインリレー５および制御装置６０（６０Ａ）は、この発明における「充電制御部」を形成する。また、エアコン用コンプレッサＭＣおよびインバータ４０は、この発明における「冷却装置」に対応し、制御装置６０（６０Ａ）は、この発明における「制御部」に対応する。さらに、システムメインリレー５は、この発明における「リレー装置」に対応し、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「電動機」に対応する。
また、さらに、充電ステーション８０は、この発明における「充電設備」に対応し、電力ＥＣＵ８２は、この発明における「電力制御部」に対応する。また、さらに、制御装置６０Ａは、この発明における「状態量算出部」に対応し、入力ポート５０Ａは、この発明における「出力部」に対応する。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明の実施の形態１による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した図である。 図１に示す制御装置による蓄電装置の充電制御に関する処理のフローチャートである。 入力ポートから入力される商用電力のハイブリッド自動車内における使用状況を示した図である。 仮に蓄電装置の充電と冷却とが同時に行なわれる場合の商用電力の使用状況を示した図である。 この発明の実施の形態２による充電システムを概略的に示す全体ブロック図である。 図６に示すハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図６に示す充電ステーションの電力ＥＣＵによる電力制御に関する処理のフローチャートである。 図６に示す充電ステーションからハイブリッド自動車に供給される商用電力の使用状況を示した図である。
符号の説明
２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、５ システムメインリレー、１０ 昇圧コンバータ、２０，３０，４０ インバータ、２０Ａ，３０Ａ 上アーム、２０Ｂ，３０Ｂ 下アーム、５０，５０Ａ 入力ポート、５５ 商用電源、６０，６０Ａ 制御装置、７０ 温度センサ、８０ 充電ステーション、８２ 電力ＥＣＵ、１００，１００Ａ，１００Ｂ ハイブリッド自動車、２００ 充電システム、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ１，ＳＬ２ 接地ライン、ＵＬ１〜ＵＬ３ Ｕ相ライン、ＶＬ１〜ＶＬ３ Ｖ相ライン、ＷＬ１〜ＷＬ３ Ｗ相ライン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＭＣ エアコン用コンプレッサ、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力入力ライン。

Claims (9)

  1. 商用電源から供給される商用電力を受ける電力入力部と、
    前記電力入力部から入力される前記商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換して前記蓄電装置を充電する充電制御部と、
    前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、
    前記充電制御部と前記冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える充電装置。
  2. 前記冷却装置は、前記電力入力部から入力される前記商用電力を受けて駆動される、請求項１に記載の充電装置。
  3. 前記制御部は、前記冷却装置による前記蓄電装置の冷却が前記充電制御部による前記蓄電装置の充電よりも優先するように前記充電制御部および前記冷却装置を制御する、請求項１または請求項２に記載の充電装置。
  4. 前記制御部は、前記蓄電装置の充電電力および前記冷却装置の消費電力の各々が所定量を超えないように前記充電制御部および前記冷却装置を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の充電装置。
  5. 前記蓄電装置と前記充電制御部との間に接続され、前記制御部から与えられる指令に応じて動作するリレー装置をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記蓄電装置の冷却が行なわれるとき、前記リレー装置へ遮断指令を出力し、かつ、前記冷却装置へ駆動指令を出力し、
    前記蓄電装置の充電が行なわれるとき、前記リレー装置へ接続指令を出力し、かつ、前記冷却装置へ停止指令を出力する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充電装置。
  6. 前記冷却装置は、電動エアコンを含む、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充電装置。
  7. 蓄電装置と、
    前記蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動機と、
    請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の充電装置を備える電動車両。
  8. 各々が請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の充電装置を含む複数の電動車両と、
    前記複数の電動車両が接続され、商用電源から供給される商用電力を前記複数の電動車両の少なくとも１台へ出力する充電設備とを備え、
    前記充電設備は、前記複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えないように前記複数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む、充電システム。
  9. 前記複数の電動車両の各々は、
    前記蓄電装置の充電状態を示す状態量を算出する状態量算出部と、
    前記状態量算出部によって算出された状態量を前記充電設備へ出力する出力部とをさらに含み、
    前記電力制御部は、前記複数の電動車両の各々から受ける前記状態量が最も少ない電動車両へ前記商用電力を優先的に出力する、請求項８に記載の充電システム。
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