JP2009027774A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】外部から充電を行なう際の充電効率が改善された、蓄電装置を搭載する車両を提供する。
【解決手段】車両は、車両外部から充電が可能なバッテリＢ１と、バッテリＢ１の電圧を降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧によって充電され、かつ補機負荷３５に電力を供給するバッテリＢ３と、制御装置３０とを備える。制御装置３０は、車両運転時はＤＣ／ＤＣコンバータ３３を連続運転させるとともに、車両外部からバッテリＢ１に充電が行なわれている間においては、電圧変換装置ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を間欠運転させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両に関し、特に外部から充電可能に構成された蓄電装置を搭載する車両に関する。

近年では、環境に配慮した自動車として、車輪の駆動にモータとエンジンとを併用するハイブリッド自動車が注目されている。このようなハイブリッド自動車の中には、メインバッテリから降圧して補機バッテリを充電する構成を有するものも検討されている。

特開平４−３２５８０１号公報（特許文献１）は、このような構成を有する電気自動車用ＤＣ／ＤＣコンバータを開示している。このＤＣ／ＤＣコンバータは、補助バッテリの満充電に近い第１設定電圧を低電圧作動部へ供給するとともに、タイマー手段を用いて間欠的に第１設定電圧よりも高い第２設定電圧を低電圧作動部に供給する。
特開平４−３２５８０１号公報 特開平９−１９０６８号公報 特開平７−１１１７１１号公報

上記の特開平４−３２５８０１号公報に開示された技術では、充電手段によってバッテリの充電が行なわれているときでも、走行時などバッテリの充電が行なわれていないときでも、タイマーにより定期的に電圧を切換えることにより消費電力を低減している。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータは、出力電力によっては効率が悪い領域が存在するものもある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータを常時駆動しているので運転効率を改善する余地が有る。

ところで、ハイブリッド自動車においては、外部から充電可能な構成にすることも検討されている。このようにすれば、家庭等において充電を行なうことにより燃料補給にガソリンスタンドに出向く回数が減り運転者にとって便利になるとともに、安価な深夜電力等の利用によりコスト面でも見合うことも考えられる。

しかし、家庭等での充電においてＤＣ／ＤＣコンバータの効率の低下により充電効率が悪くなってしまう場合もある。総合的なエネルギー効率の改善のためには、外部充電を行なう場合の損失を低く抑える必要がある。

この発明の目的は、外部から充電を行なう際の充電効率が改善された、蓄電装置を搭載する車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両であって、車両外部から充電が可能な主蓄電装置と、主蓄電装置の電圧を降圧して出力する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力電圧によって充電され、かつ補機負荷に電力を供給する副蓄電装置と、電圧変換装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両運転時は電圧変換装置を連続運転させるとともに、車両外部から主蓄電装置に充電が行なわれている間においては、電圧変換装置を間欠運転させる。

好ましくは、補機負荷の消費電力は、車両運転時よりも車両外部から主蓄電装置に充電を行なっているときのほうが低下する。電圧変換装置は、出力電力が所定値よりも低下すると変換効率が悪化する特性を有する。

好ましくは、制御装置は、一定の時間間隔で電圧変換装置を間欠運転させる。
好ましくは、車両は、副蓄電装置の電圧を検出するセンサをさらに備える。制御装置は、間欠運転において、センサの出力が副蓄電装置の下限しきい値電圧まで低下した場合に電圧変換装置の運転を開始させ、センサの出力が副蓄電装置の上限しきい値電圧まで上昇した場合に電圧変換装置の運転を停止させる。

好ましくは、制御装置は、車両運転時は電圧変換装置から補機負荷および副蓄電装置に第１の電圧を供給させるとともに、車両外部から主蓄電装置に充電が行なわれている間においては、電圧変換装置から補機負荷および副蓄電装置に第１の電圧よりも低い第２の電圧を供給させる。

より好ましくは、補機負荷は、電源電圧が低下すると消費電力が低下する特性を有する負荷を含む。

好ましくは、車両は、車両の推進に用いられる電動機と、車両の推進のために電動機と併用される内燃機関とをさらに備える。

より好ましくは、車両は、車両外部の電源に接続可能に構成され、電源から受けた電力を変換して主蓄電装置に供給する充電器をさらに備える。

本発明によれば、車両の外部から充電を行なう際、損失を抑えつつ複数の蓄電装置に対して充電を行なうことができる。

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、本発明の実施の形態に係る車両１の主たる構成を示す図である。

図１を参照して、車両１は、蓄電装置であるバッテリＢ１，Ｂ２と、電力変換器である昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂと、平滑用コンデンサＣＨと、電圧センサ１０Ａ，１０Ｂ，１３と、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、制御装置３０とを含む。

この車両に搭載される蓄電装置は外部から充電が可能である。このために、車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源８とバッテリＢ１との間に設けられた充電器６を含む。充電器６は、交流を直流に変換するとともに電圧を調圧してバッテリに与える。なお、外部充電可能とするために、他にも、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のステータコイルの中性点を交流電源に接続する方式や昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂを合わせて交流直流変換装置として機能させる方式を用いても良い。

平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって昇圧された電圧を平滑化する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧ＶＨを三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２Ｂまたは１２Ａから与えられる直流電圧ＶＨを三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構３としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、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。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、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。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪に結合されている。また動力分割機構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み込んでもよい。

電圧センサ１０Ａは、バッテリＢ１の端子間の電圧Ｖ１を測定する。電圧センサ１０ＡとともにバッテリＢ１の充電状態を監視するために、バッテリＢ１に流れる電流Ｉ１を検知する電流センサ１１Ａが設けられている。また、バッテリＢ１の充電状態ＳＯＣ１が制御装置３０において検出されている。制御装置３０は、バッテリＢ１の開放電圧とバッテリＢ１に流れる電流Ｉ１の積算とに基づいて充電状態を算出する。バッテリＢ１としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

電圧センサ１０Ｂは、バッテリＢ２の端子間の電圧Ｖ２を測定する。電圧センサ１０ＢとともにバッテリＢ２の充電状態を監視するために、バッテリＢ２に流れる電流Ｉ２を検知する電流センサ１１Ｂが設けられている。また、バッテリＢ２の充電状態ＳＯＣ２が制御装置３０において検出されている。制御装置３０は、バッテリＢ２の開放電圧とバッテリＢ２に流れる電流Ｉ２の積算とに基づいて充電状態を算出する。バッテリＢ２としては、たとえば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池や、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタなどを用いることができる。

バッテリＢ２とバッテリＢ１とは、たとえば、同時使用することにより電源ラインに接続される電気負荷（インバータ２２およびモータジェネレータＭＧ２）に許容された最大パワーを出力可能であるように蓄電可能容量が設定される。これによりエンジンを使用しないＥＶ（Electric Vehicle）走行において最大パワーの走行が可能である。

そしてバッテリＢ２の電力が消費されてしまったら、バッテリＢ１に加えてエンジン４を使用することによって、バッテリＢ２を使用しないでも最大パワーの走行を可能とすることができる。

インバータ１４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂから昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、電圧ＶＨを電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ変換する電圧変換回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂに戻す。このとき昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂは、電圧ＶＨを電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ変換する電圧変換回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値、モータ電流値および回転速度、電圧Ｖ１，Ｖ２，ＶＨの各値、および起動信号を受ける。そして制御装置３０は、昇圧コンバータ１２Ｂに対して昇圧指示と降圧指示と動作禁止指示とを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂの出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂ側に戻す回生指示とを出力する。

車両１は、さらに、補機負荷３５を駆動する補機バッテリＢ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータの補機側出力電圧Ｖ３を測定する電圧センサ３６を含む。補機負荷３５は、例えば各種のＥＣＵの電源や、ヘッドライト、ルームランプ、パワーウインドウ、ホーン、ウインカー、ラジエータファン、電動ウォータポンプ、バッテリ冷却ファンなどを含む。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は電源ラインＰＬ１Ａと接地ラインＳＬ２とに接続されている。充電時には、充電電流Ｉｃｇの一部が分岐され、電流Ｉ３がＤＣ／ＤＣコンバータ３３に供給される。

バッテリＢ１、Ｂ２に対する充電について、簡単に説明する。充電器６からの充電電流Ｉｃｇは、原則として充電器６によって定まる値（一定値Ｉconst1）である。また、バッテリＢ２に対する充電電流Ｉ２は、昇圧コンバータ１２Ａ，１２Ｂによって構成されるバッテリＢ２に対する充電器によって制御される電流である。

ここで、昇圧コンバータ１２Ａは、たとえば電源ラインＰＬ１Ａの電圧、たとえば２００Ｖを昇圧して電源ラインＰＬ２に出力する。電源ラインＰＬ２の電圧は、たとえば６００Ｖである。そして昇圧コンバータ１２Ｂは、このとき電源ラインＰＬ２の電圧（たとえば６００Ｖ）を電源ラインＰＬ１Ｂの電圧（たとえば２００Ｖ）に降圧する降圧回路として動作する。そしてこの降圧回路として動作する昇圧コンバータ１２Ｂを定電流制御すれば、充電電流Ｉ２を一定値Ｉconst2になるように制御することができる。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。
図１、図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているがこれは、駆動指示と回生指示に対応する信号である。

図３は、図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。
図１、図３を参照して、昇圧コンバータ１２Ａは、一方端が電源ラインＰＬ１Ａに接続されるインダクタＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

インダクタＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

なお、図１の昇圧コンバータ１２Ｂについても、電源ラインＰＬ１Ａに代えて電源ラインＰＬ１Ｂに接続される点が昇圧コンバータ１２Ａと異なるが、内部の回路構成については昇圧コンバータ１２Ａと同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図３には、昇圧コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、それぞれ昇圧指示、降圧指示に対応する信号である。

図４は、外部充電中におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３３の制御について説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼出されて実行される。

図１、図４を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ１において、制御装置３０は、外部充電が行なわれているか否かを判断する。たとえば、充電器６に商用電源８から電源電圧が入力されているか否かを電圧センサで検出しても良いし、充電器に設けられたコネクタに物理的に電源プラグが接続されているかを検出するセンサを設けても良い。

ステップＳ１において、外部充電実行中でなければステップＳ１３に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。一方、ステップＳ１において、外部充電実行中であることが検出されると、ステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が駆動停止中であるか否かが判断される。

図５は、外部充電実行中にＤＣ／ＤＣコンバータを間欠運転させる様子を示した動作波形図である。

図５を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ５Ａ〜ｔ６の間はＤＣ／ＤＣコンバータ３３は駆動され、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ５Ａの間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は停止される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が駆動中は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から補機負荷の消費電流より大きい電流が出力されるので、補機バッテリには充電が実行され補機バッテリの電圧Ｖ３は上昇する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が停止中は、補機バッテリから補機負荷の消費電流が供給されるので補機バッテリの電圧Ｖ３は下降する。そして、上昇や下降の傾きは、そのときの補機負荷の消費電流によって異なってくる。

再び図４のフローチャートを参照して、図５の波形について説明する。時刻ｔ０〜ｔ１の間は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は駆動中（運転中）である。この場合、ステップＳ２においてＹＥＳと判断されステップＳ３に処理が進む。ステップＳ３では、時間を計測するためのカウント値ＣＯＵＮＴ１が＋１加算される。そしてステップＳ４においてカウント値が駆動時間Ｔｏｎに相当する値以上となったか否かが判断される。

ステップＳ４においてカウント値ＣＯＵＮＴ１がまだＴｏｎに相当する値に到達していなければ、ステップＳ５に処理が進む。ステップＳ５では、補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の上限値まで上昇したか否かが判断される。ステップＳ５において、補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の上限値まで上昇していなければ、ステップＳ１３に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が駆動中のまま制御はメインルーチンに移される。したがって時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５はステップＳ５からステップＳ１３に処理が流れることが繰返されている。

ステップＳ４において、カウント値ＣＯＵＮＴ１がＴｏｎに相当する値以上となった場合、およびステップＳ５において補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の上限値まで上昇していた場合には、ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６では、カウント値ＣＯＵＮＴ１がゼロにリセットされる。そしてステップＳ７において、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の駆動を停止させる。図５の時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５においては、駆動時間Ｔｏｎが経過したことに伴い、ステップＳ７に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が駆動状態から停止状態に状態が変更される。ステップＳ７の処理が終了するとステップＳ１３において制御はメインルーチンに戻される。

図５の時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ５Ａでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、駆動停止中である。したがって、ステップＳ２からステップＳ８に処理が進む。

ステップＳ８では、時間を計測するためのカウント値ＣＯＵＮＴ２が＋１加算される。そしてステップＳ９においてカウント値ＣＯＵＮＴ２が駆動時間Ｔｏｆｆに相当する値以上となったか否かが判断される。

ステップＳ９においてカウント値ＣＯＵＮＴ２がまだＴｏｆｆに相当する値に到達していなければ、ステップＳ１０に処理が進む。ステップＳ１０では、補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の下限値まで低下したか否かが判断される。ステップＳ１０において、補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の下限値まで上昇していなければ、ステップＳ１３に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が停止中のまま制御はメインルーチンに移される。したがって時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ５Ａの間はステップＳ１０からステップＳ１３に処理が流れることが繰返されている。

ステップＳ９において、カウント値ＣＯＵＮＴ２がＴｏｆｆに相当する値以上となった場合、ステップＳ１１に処理が進む。ステップＳ１１では、カウント値ＣＯＵＮＴ２がゼロにリセットされる。そしてステップＳ１２において、制御装置３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の駆動を開始させる。図５の時刻ｔ２，ｔ４においては、駆動時間Ｔｏｆｆが経過したことに伴い、ステップＳ１２に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が停止状態から駆動状態に状態が変更される。ステップＳ１２の処理が終了するとステップＳ１３において制御はメインルーチンに戻される。

また、ステップＳ１０において補機バッテリ電圧Ｖ３が所定の下限値まで低下していた場合にも、ステップＳ１１に処理が進む。図５の時刻ｔ６においては、補機バッテリ電圧Ｖ３が低下したことに伴い、ステップＳ１２に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３が停止状態から駆動状態に状態が変更される。

図５において、時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力が外部充電実行時の負荷の平均消費電力Ｐ０よりも大きく設定されており、したがって、補機バッテリ出力は負となり補機バッテリＢ３には充電が行なわれている。

また、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ５Ａでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は停止され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電力はゼロとなる。そして、負荷の消費電力をまかなうため、補機バッテリから放電が行なわれる。なお、時刻ｔ５Ａで示すように、補機バッテリからの放電が進んだ結果、電圧が下限値Ｖｔｈになってしまった場合には停止されていたＤＣ／ＤＣコンバータ３３の運転が再開される。

図６は、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転効率と出力との関係を示した図である。
図６に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータの運転効率は、あまり出力Ｐが低いと良くない。したがって、運転効率が悪い動作点Ｐ１で連続運転するよりも、運転効率が良い動作点Ｐ２で間欠的に運転させ、余った電力を補機バッテリに蓄積しておき、ＤＣ／ＤＣコンバータの停止期間には、補機バッテリから負荷に対して電力の供給を行なう。

図７は、外部充電時にＤＣ／ＤＣコンバータ間欠運転を実行した場合の電流の流れを説明するための図である。

図５、図７を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１、ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５の駆動期間Ｔｏｎにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から電流Ｉｏｎが補機負荷３５と補機バッテリＢ３に向けて流れる。また、時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４の駆動期間Ｔｏｆｆにおいては、補機バッテリＢ３から電流Ｉｏｆｆが補機負荷３５に向けて流れる。

ＤＣ／ＤＣコンバータによっては、運転効率の差が大きい特性を有するものがあり、補機バッテリへの充放電による損失を上回るメリットが発生する場合もある。そのような場合には、上述のようにＤＣ／ＤＣコンバータを間欠的に運転することで、外部充電実行時において、全体的なエネルギー効率が改善される。

［実施の形態２］
外部充電実行中は、車両は商用電源とケーブル等で接続されているため、車両が停止状態にあり、かつ通常はエンジンが停止状態にあると考えられる。したがって、補機負荷の消費電力はあまり大きくなく、かつ消費電力の変動は小さい。

補機負荷には、電源電圧を低下させることで消費電力を下げることができるものが存在する。たとえば、補機負荷でこのような特性を有し、かつ外部充電実行中に作動する可能性があるのは、バッテリ冷却用のファンや、コンバータ等の冷却装置に冷却水を循環させるための電動式ウォータポンプ等などである。

図８は、補機負荷の消費電力の電圧依存性の例を示した図である。
図８を参照して、この補機負荷の例では、ラインＷ１に示すように補機側電圧Ｖ３がＶｂからＶａに低下すると、消費電力もＰｂからＰａに低下する。なお、電圧Ｖａは補機バッテリ電圧より低い値ではない値を選択することが望ましい。

図９は、実施の形態２において実行される制御を説明するためのフローチャートである。

図１、図９を参照して、まず処理が開始されると、ステップＳ２１において、制御装置３０は、外部充電が行なわれているか否かを判断する。たとえば、充電器６に商用電源８から電源電圧が入力されているか否かを電圧センサで検出しても良いし、充電器に設けられたコネクタに物理的に電源プラグが接続されているかを検出するセンサを設けても良い。

ステップＳ２１において、外部充電実行中でなければステップＳ２６に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３は、通常の電圧を補機負荷に供給するように制御される。一方、ステップＳ２１において、外部充電実行中であることが検出されると、ステップＳ２２に処理が進む。ステップＳ２２では、比較的パワーが大きい補機負荷が駆動停止中であるか否かが判断される。比較的パワーが大きい補機負荷の例としては、たとえばブロアファン、ヘッドライト、ラジエータファン等が挙げられる。なお、負荷の消費電力がある閾値以上大きければステップＳ２２の判断対象とするというわけでなくても、すべての補機負荷の中からステップＳ２２の判断対象とする負荷を外部充電実行中に動作が必要か否かを検討し、外部充電実行中に必ずしも動作させる必要がないと思われる負荷を予め選択しておくだけてあっても良い。

ステップＳ２２において、対象の負荷がオフ状態であることが確認されれば、ステップＳ２２からステップＳ２３へ処理が進む。ステップＳ２３では、外気温が所定範囲内であるか否かが判断される。外気温は、図１には図示しないが、温度センサを用いて測定し制御装置３０が外気温情報としてメモリ２７に書き込んでいるのでこれを読み出すことにより判断できる。なお、所定範囲は、エアコンの作動、ラジエータやバッテリの冷却ファン等が作動されにくい温度範囲を選択する。これにより、外部充電中において、ＤＣ／ＤＣコンバータの低電圧駆動中に、補機負荷の消費電力が急に増加する可能性を減らすことができる。

ステップＳ２３において、外気温が所定範囲内であった場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の駆動時間が所定時間以上あったか否かが判断される。これにより、補機バッテリＢ３に充電が十分行なわれているか否かが判明する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を駆動させると補機バッテリＢ３のバッテリ電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧の影響により読み取ることができないので、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３を作動した時間で判断する。

ステップＳ２４においてＹＥＳと判断された場合には、ステップＳ２５に処理が進む。ステップＳ２５が実行されるのは、外部充電中であり、所定の対象負荷がオフ状態であり、外気温が所定範囲内で負荷変動の原因になる装置が作動しにくい環境であり、補機バッテリにある程度充電がなされた後という場合である。そのような場合に、ステップＳ２５においてＤＣ／ＤＣコンバータ３３の低電圧駆動が実行される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から補機負荷に対して出力させる出力電圧は図８に示したようにＶ＝Ｖａに設定される。

ステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４のいずれかにおいてＮＯと判断された場合には、ステップＳ２６に処理が進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の通常駆動が実行される。この場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３から補機負荷に対して出力させる出力電圧は図８に示したようにＶ＝Ｖｂに設定される。

ステップＳ２５またはＳ２６の駆動モードの決定が実行されると、ステップＳ２７に処理が進み、制御はメインルーチンに移される。

実施の形態２においては、外部充電実行中に所定の条件が成立したときにＤＣ／ＤＣコンバータ３３から補機負荷に供給する電圧を低下させる。これにより、外部充電実行中における補機負荷の消費電力を低減させることができ、外部充電実行中の充電効率を上げることができる。

最後に図１等を用いて、本願実施の形態について総括的に説明する。この発明は、要約すると、車両外部から充電が可能な主蓄電装置（バッテリＢ１）と、主蓄電装置の電圧を降圧して出力する電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ３３）と、電圧変換装置の出力電圧によって充電され、かつ補機負荷３５に電力を供給する副蓄電装置（バッテリＢ３）と、電圧変換装置を制御する制御装置３０とを備える。制御装置３０は、車両運転時は電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ３３）を連続運転させるとともに、車両外部から主蓄電装置（バッテリＢ１）に充電が行なわれている間においては、電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ３３）を間欠運転させる。

一般に車両停止状態で外部からの充電が行なわれるので、補機負荷の消費電力は、車両運転時よりも車両外部から主蓄電装置に充電を行なっているときのほうが低下する。図６に示したように、電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ３３）は、出力電力が所定値よりも低下すると変換効率が悪化する特性を有する。

好ましくは、図５に示したように、制御装置３０は、一定の時間間隔（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）で電圧変換装置を間欠運転させる。

好ましくは、車両１は、副蓄電装置（補機バッテリＢ３）の電圧Ｖ３を検出する電圧センサ３６をさらに備える。制御装置３０は、間欠運転において、センサの出力が副蓄電装置の下限しきい値電圧まで低下した場合に電圧変換装置の運転を開始させ（図４のステップ１０でＹＥＳ）、センサの出力が副蓄電装置の上限しきい値電圧まで上昇した場合に電圧変換装置の運転を停止させる（図４のステップＳ５でＹＥＳ）。

好ましくは、図８、図９で説明したように、制御装置３０は、車両運転時は電圧変換装置から補機負荷および副蓄電装置に第１の電圧Ｖｂを供給させるとともに、車両外部から主蓄電装置に充電が行なわれている間においては、電圧変換装置から補機負荷および副蓄電装置に第１の電圧Ｖｂよりも低い第２の電圧Ｖａを供給させる。

図８で説明したように、補機負荷は、電源電圧がＶｂからＶａに低下すると消費電力が低下する特性を有する負荷を含む。

好ましくは、車両１は、車両の推進に用いられる電動機（モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２）と、車両の推進のために電動機と併用される内燃機関（エンジン４）とをさらに備える。

より好ましくは、車両１は、車両外部の電源に接続可能に構成され、電源から受けた電力を変換して主蓄電装置（バッテリＢ１）に供給する充電器６をさらに備える。

本発明の実施の形態によれば、車両の外部から充電を行なう際、損失を抑えつつ複数の蓄電装置に対して充電を行なうことができる。

また、本実施の形態に開示された発明は、他の構成の車両であっても外部充電が可能な蓄電装置を搭載するものであれば適用することができる。たとえば、本実施の形態に開示された発明は、動力分割機構を用いないシリーズハイブリッド自動車やパラレルハイブリッド自動車にも適用することができ、またエンジンを搭載しない電気自動車であっても適用することができる。

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。

本発明の実施の形態に係る車両１の主たる構成を示す図である。 図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。 図１の昇圧コンバータ１２Ａおよび１２Ｂの詳細な構成を示す回路図である。 外部充電中におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３３の制御について説明するためのフローチャートである。 外部充電実行中にＤＣ／ＤＣコンバータを間欠運転させる様子を示した動作波形図である。 ＤＣ／ＤＣコンバータの運転効率と出力との関係を示した図である。 外部充電時にＤＣ／ＤＣコンバータ間欠運転を実行した場合の電流の流れを説明するための図である。 補機負荷の消費電力の電圧依存性の例を示した図である。 実施の形態２において実行される制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 車両、３ 動力分割機構、４ エンジン、６ 充電器、８ 商用電源、１０ ステップ、１０Ａ，１０Ｂ，１３，３６ 電圧センサ、１１Ａ，１１Ｂ 電流センサ、１２Ａ，１２Ｂ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２７ メモリ、３０ 制御装置、３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３５ 補機負荷、Ｂ１，Ｂ２ バッテリ、Ｂ３ 補機バッテリ、ＣＨ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、Ｌ１ インダクタ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１Ａ，ＰＬ１Ｂ，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、ＳＬ２ 接地ライン、ＵＬ Ｕ相ライン、ＶＬ Ｖ相ライン、ＷＬ Ｗ相ライン。

Claims (8)

1. 車両外部から充電が可能な主蓄電装置と、
   前記主蓄電装置の電圧を降圧して出力する電圧変換装置と、
   前記電圧変換装置の出力電圧によって充電され、かつ補機負荷に電力を供給する副蓄電装置と、
   前記電圧変換装置を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、車両運転時は前記電圧変換装置を連続運転させるとともに、車両外部から前記主蓄電装置に充電が行なわれている間においては、前記電圧変換装置を間欠運転させる、車両。
2. 前記補機負荷の消費電力は、車両運転時よりも車両外部から前記主蓄電装置に充電を行なっているときのほうが低下し、
   前記電圧変換装置は、出力電力が所定値よりも低下すると変換効率が悪化する特性を有する、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、一定の時間間隔で前記電圧変換装置を前記間欠運転させる、請求項１に記載の車両。
4. 前記副蓄電装置の電圧を検出するセンサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記間欠運転において、前記センサの出力が前記副蓄電装置の下限しきい値電圧まで低下した場合に前記電圧変換装置の運転を開始させ、前記センサの出力が前記副蓄電装置の上限しきい値電圧まで上昇した場合に前記電圧変換装置の運転を停止させる、請求項１に記載の車両。
5. 前記制御装置は、車両運転時は前記電圧変換装置から補機負荷および前記副蓄電装置に第１の電圧を供給させるとともに、車両外部から前記主蓄電装置に充電が行なわれている間においては、前記電圧変換装置から補機負荷および前記副蓄電装置に前記第１の電圧よりも低い第２の電圧を供給させる、請求項１に記載の車両。
6. 前記補機負荷は、電源電圧が低下すると消費電力が低下する特性を有する負荷を含む、請求項５に記載の車両。
7. 車両の推進に用いられる電動機と、
   車両の推進のために前記電動機と併用される内燃機関とをさらに備える、請求項１に記載の車両。
8. 車両外部の電源に接続可能に構成され、前記電源から受けた電力を変換して前記主蓄電装置に供給する充電器をさらに備える、請求項７に記載の車両。

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