JP2009071901A - 蓄電機構の充電制御システムおよびその異常検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、外部電源と車両駆動用モータとの間に介挿接続された開閉装置の短絡異常を車両走行中に検知する。
【解決手段】電力線２９０，２９５は、充電ケーブル３００およびコネクタ２７０を介して、外部電源４０２と、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の中性点１１２および１２２との間を電気的に接続する。ＤＦＲ２６０は、電力線２９０，２９５に介挿接続される。ＥＣＵ１７０は、車両走行時にはＤＦＲ２６０を開放し、外部充電モード時にはＤＦＲ２６０を閉成する。ＥＣＵ１７０は、車両走行中において、電圧センサ１７１によって、電力線２９０，２９５間に所定以上の電圧差が発生したことを検知すると、ＤＦＲ２６０が閉状態に固着した短絡異常を検知する。
【選択図】図４

Description

この発明は、蓄電機構の充電制御システムおよびその異常検出方法に関し、より特定的には、車両に搭載された蓄電機構に車両外部の電源から電力を供給して充電する技術に関する。

従来より、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車など、電動モータを駆動源として用いる車両が知られている。このような車両には、電動モータへの供給電力を蓄えるためにバッテリなどの蓄電機構が搭載される。バッテリには、回生制動時に発電された電力や、車両に搭載され発電機が発電した電力が蓄えられる。

近年、上記のような車両において、たとえば家屋の電源などの車両外部の電源によって、蓄電機構を充電する構成が提案されている。具体的には、家屋に設けられたコンセントと、車両に設けられたコネクタとをケーブルで連結することにより、家屋の電源から供給された電力によって、車両の蓄電機構（バッテリ）が充電される。以下、車両の外部電源により、車両に搭載されたバッテリ等の蓄電機構を充電可能な車両を「プラグイン車」とも称することとする。

プラグイン車の規格は、日本においては「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」（非特許文献１）により制定され、アメリカ合衆国においては「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」（非特許文献２）により制定される。

このようなプラグイン車における充電システムの一形態として、特開平８−１２６１２１号公報（特許文献１）に開示されるように、車両の外部電源（交流電源）を２つの駆動用電動モータの中性点と電気的に接続し、電動モータのコイルをリアクトルとして使用して、外部電源からの交流電圧をバッテリ充電用の直流電圧へ電圧変換する構成が提案されている。

特許文献１の構成では、外部電源が漏電ブレーカを介して、２個の駆動用電動モータの中性点と各々接続されている。さらに、外部電源による充電時における上記電圧変換の際には、三相のコイルに等しい電流が流れるように各インバータを制御することによって、三相のコイルによって発生する磁界が互いに相殺される。これにより、ロータの回転力を発生されるような磁界が形成されず、ロータの回転を防止することができるので、外部電源による充電時に車両が動き出すことがないようにすることができる。
特開平８−１２６１２１号公報 「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格（日本電動車両規格）、２００１年３月２９日 「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ（SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler）」、（アメリカ合衆国）、エスエーイー規格（SAE Standards）、エスエーイー インターナショナル（SAE International）、２００１年１１月

特許文献１に開示されるように、外部電源とのコネクタと駆動用電動モータの中性点との間に漏電ブレーカ等の開閉装置を配置することによって、漏電防止を図ることができる。

しかしながら、開閉装置に短絡故障が発生すると、駆動用電動モータの通電時には、両電動モータの中性点間の電圧差がコネクタ部分にも現れる可能性がある。

この開閉装置は、外部電源による充電（以下、「外部充電」とも称する）時には閉状態とされる一方で、その他の場合には開放される。このため、コンセント等の外部電源と車両に設けられたコネクタとのケーブルによる連結が完了した後に、充電動作の一環として、充電開始前に開閉装置の異常検出を行なうことが一般的である。

しかしながら、このようなタイミングでの異常検出のみでは、車両停止後に、外部充電を行なうためにケーブル連結に伴ってコネクタを操作する時点において、開閉装置の正常性が十分に確認できない可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、当該外部電源と車両駆動用モータとの間に介挿接続された開閉装置の短絡異常を車両走行中に検知することである。

この発明による蓄電機構の充電制御システムは、車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムであって、第１および第２の交流回転電機と、第１および第２のインバータと、コネクタ部と、電力線対と、開閉装置と、電圧検出器と、制御装置とを備える。第１および第２の交流回転電機の各々は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として有する。第１および第２のインバータは、第１および第２の交流回転電機および蓄電機構との間にそれぞれ設けられ、双方向の電力変換を行なう。コネクタ部は、車両の外部の交流電源と電気的に接続可能に構成される。電力線対は、第１および第２の交流回転電機の多相巻線の中性点と、コネクタ部との間を電気的に接続する。開閉装置は、電力線対に介挿接続される。電圧検出器は、電力線対間の電圧差を検出する。制御装置は、開閉装置および第１および第２のインバータを制御する。さらに、制御装置は、開閉制御部と、インバータ制御部と、異常検出部とを含む。開閉制御部は、車両の走行時には開閉装置を開放する。インバータ制御部は、車両の走行時には、第１および第２の交流回転電機が車両走行に要求される出力を発生するように第１および第２のインバータによる電力変換を制御する。異常検出部は、車両の走行時に、電圧検出器によって検出された電圧差が所定以上であるときに、開閉装置の短絡異常を検出する。

この発明による蓄電機構の充電制御システムは、車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムの異常検出方法であって、充電制御システムは、第１および第２の交流回転電機と、第１および第２のインバータと、コネクタ部と、開閉装置と、制御装置とを備える。第１および第２の交流回転電機の各々は、星型結線された多相巻線を固定子巻線として各有する。第１および第２のインバータは、第１および第２の交流回転電機および蓄電機構との間にそれぞれ設けられ、双方向の電力変換を行なう。コネクタ部は、車両の外部の交流電源と電気的に接続可能に構成される。電力線対は、第１および第２の交流回転電機の多相巻線の中性点と、コネクタ部との間を電気的に接続する。開閉装置は、電力線対に介挿接続される。制御装置は、車両の走行時には、開閉装置を開放するとともに、第１および第２の交流回転電機が車両走行に要求される出力を発生するように第１および第２のインバータによる電力変換を制御する。そして、異常検出方法は、車両の走行時であることを検知するステップと、車両の走行時に電圧検出器によって検出された電圧差が所定以上であるときに開閉装置の短絡異常を検出するステップとを備える。

このように構成すると、外部電源とのコネクタと駆動用の交流回転電機の中性点との間に配置された開閉装置について、当該開閉装置が開放される車両走行中において、電力線対間での電圧差の発生を検知することによって、開閉装置の短絡異常を検出できる。この結果、車両停止後に外部充電を行なうために、ケーブル連結に伴ってコネクタを操作する時点において、開閉装置の正常性が十分に確認することができるので、外部充電の準備のための操作の安全性をより高めることができる。

好ましくは、制御装置は、車両の走行中に故障検出部により開閉装置の短絡故障が検知された場合に、車両の停止後に蓄電機構からの電力供給を遮断する。あるいは、制御方法は、車両の走行中に開閉装置の短絡故障が検知された場合に、車両の停止後に蓄電機構からの電力供給を遮断するステップをさらに備える。

このように構成すると、車両走行中に開閉装置の短絡異常が検知された場合には、車両停止に応答して蓄電機構からの電力供給を遮断できる。この結果、車両停止後におけるコネクタ部からの漏電をより確実に防止できる。

さらに好ましくは、開閉制御部は、車両の停車中に交流電源によって蓄電機構を充電する外部充電モード時には開閉装置を閉成する。そして、インバータ制御部は、外部充電モード時には、交流電源からの供給電力を蓄電機構の充電電力に変換するように第１および第２のインバータによる電力変換を制御する。あるいは、制御装置は、車両の停車中に交流電源によって蓄電機構を充電する外部充電モード時には、開閉装置を閉成するとともに、交流電源からの供給電力を蓄電機構の充電電力に変換するように第１および第２のインバータによる電力変換を制御する。

このように構成すると、外部充電時には、第１および第２の交流回転電機の固定子巻線をリアクトルとして用いて、外部電源からの供給電力を蓄電機構の充電電力に変換することが可能となる。

この発明によると、外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、当該外部電源と車両駆動用モータとの間に介挿接続された開閉装置の短絡異常を車両走行中に検知することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

（全体構成）
図１は、プラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。

図１を参照して、本実施の形態に係る蓄電機構の充電システムを搭載したプラグインハイブリッド車について説明する。この車両は、エンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、「蓄電機構」の代表例として示されるバッテリ１５０とを備える。

この車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくとも一方からの駆動力により走行する。なお、図１では、プラグインハイブリッド車を例示するが、その他、モータからの駆動力のみで走行する電気自動車もしくは燃料電池車に搭載される蓄電機構の充電システムに対しても、本願発明を適用可能である点について確認的に記載する。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１ＭＧ１１０は、代表的には三相交流回転電機である。第１ＭＧ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１ＭＧ１１０により発電された電力はそのまま第２ＭＧ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１ＭＧ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１ＭＧ１１０が発電機として作用している場合、第１ＭＧ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１ＭＧ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１ＭＧ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２ＭＧ１２０についても同様である。

第２ＭＧ１２０は、代表的には三相交流回転電機である。第２ＭＧ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。

第２ＭＧ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２ＭＧ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

プラグインハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動され、第２ＭＧ１２０が発電機として作動する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１ＭＧ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２ＭＧ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転数は、図２に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図１に戻って、バッテリ１５０は、複数の二次電池セルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の他、車両の外部電源から供給される電力が充電される。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０、第２ＭＧ１２０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

（電気システムの構成）
次に、図３および図４を用いて、本実施の形態に係る蓄電機構の充電システムを含む、プラグインハイブリッド車の電気システムの構成を説明する。

図３を参照して、プラグインハイブリッド車には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０と、補機バッテリ２４０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２５０と、ＤＦＲ（Dead Front Relay）２６０と、コネクタ２７０と、ＬＣフィルタ２８０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）と、各スイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードと、リアクトルとを含む。電力用半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのスイッチング素子の接続点に他端が接続される。各スイッチング素子のオンオフは、ＥＣＵ１７０により制御される。

バッテリ１５０から放電された電力を第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力をバッテリ１５０を充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０との間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、並列接続されたＵ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、各々、直列に接続された２個のスイッチング素子（上アーム素子および下アーム素子）を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

第１ＭＧ１１０は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１１２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第１インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第１ＭＧ１１０が動作するように、第１ＭＧ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ１１０に供給する電力変換動作と、第１ＭＧ１１０により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

第２インバータ２２０は、第１インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。第２ＭＧ１２０は、第１ＭＧ１１０と同様に、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１２２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第２インバータ２２０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第２ＭＧ１２０が動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。第２インバータ２２０についても、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換して第２ＭＧ１２０に供給する電力変換動作と、第２ＭＧ１２０により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

また、後程詳細に説明するように、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、外部電源によってバッテリ１５０を充電する外部充電モード時には、中性点１１２，１２２間の交流電圧を直流電圧に変換して、コンバータ２００側へ出力するように制御される。

なお、各インバータ２１０，２２０において、Ｕ相コイルとＵ相アームの組、Ｖ相コイルとＶ相アームの組およびＷ相コイルとＷ相アームの組は、それぞれコンバータ２００と同様の構成を有する。したがって、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０によって、中性点１１２，１２２の電圧を昇圧して、コンバータ２００側へ出力する電圧変換も可能であることが理解される。たとえば、車両外部の電源から供給された電力をバッテリ１５０に充電する際、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、電圧を昇圧する。たとえば、１００ＶＡＣを昇圧して２００Ｖ程度の直流電圧に変換することができる。

ＳＭＲ（System Main Relay）２５０は、バッテリ１５０とコンバータ２００およびＤＣ／ＤＣコンバータ２３０との間に設けられる。ＳＭＲ２５０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。ＳＭＲ２５０が開放されると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。一方、ＳＭＲ２５０が閉成されると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。ＳＭＲ２５０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、プラグインハイブリッド車のシステム起動を指示するパワーオンスイッチ（図示せず）のオン操作に応答して、ＳＭＲ２５０が閉成される一方で、パワーオンスイッチのオフ操作に応答して、ＳＭＲ２５０は開放される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０に対して、コンバータ２００と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０が出力した直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０の出力電圧は、補機バッテリ２４０に充電される。補機バッテリ２４０に充電された電力は、電動オイルポンプ等の補機２４２およびＥＣＵ１７０に供給される。

次に、外部充電のための構成について説明する。
ＤＦＲ（Dead Front Relay）２６０は、第１ＭＧ１１０の中性点１１２および第２ＭＧ１２０の中性点１２２と、外部電源（図４）との間を電気的に接続する「電力線対」を構成する電力線２９０，２９５に介挿接続される。すなわち、ＤＦＲ２６０は、プラグインハイブリッド車の電気システムと外部電源との間の接続／遮断を切換えるリレー（開閉装置）である。ＤＦＲ２５０が開放されると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部電源から遮断される。一方、ＤＦＲ２５０が閉成されると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部電源と接続される。

コネクタ２７０は、たとえばプラグインハイブリッド車の側部に設けられる。後述するように、コネクタ２７０には、プラグインハイブリッド車と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。ＬＣフィルタ２８０は、ＤＦＲ２６０とコネクタ２７０との間に設けられる。

図４を用いて、外部充電のための構成について、さらに詳細に説明する。
図４を参照して、プラグインハイブリッド車と外部電源とを連結する充電ケーブル３００は、コネクタ３１０と、プラグ３２０と、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）３３０とを含む。充電ケーブル３００は、非特許文献１および２に制定された規格におけるＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）に相当する。

充電ケーブル３００のコネクタ３１０は、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続される。コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態でスイッチ３１２が閉じると、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態であることを表わすコネクタ信号ＣＮＣＴがＥＣＵ１７０に入力される。

スイッチ３１２は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０をプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に係止する係止金具（図示せず）に連動して開閉する。係止金具（図示せず）は、コネクタ３１０に設けられたボタン（図示せず）を操作者が押すことにより揺動する。

たとえば、充電ケーブル３００のコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続した状態で、操作者がボタンから指を離した場合、係止金具がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に係合するとともに、スイッチ３１２が閉じる。操作者がボタンを押すと、係止金具とコネクタ２７０との係合が解除されるとともに、スイッチ３１２が開く。なお、スイッチ３１２を開閉する方法はこれに限らない。

充電ケーブル３００のプラグ３２０は、家屋に設けられたコンセント４００に接続される。コンセント４００には、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２から交流電力が供給される。

ＣＣＩＤ３３０は、リレー３３２およびコントロールパイロット回路３３４を有する。リレー３３２が開いた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給する経路が遮断される。リレー３３２が閉じた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給可能になる。リレー３３２の状態は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に接続された状態でＥＣＵ１７０により制御される。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００、すなわち外部電源４０２に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態において、コントロールパイロット線にパイロット信号（方形波信号）ＣＰＬＴを送る。

パイロット信号は、コントロールパイロット回路３３４内に設けられた発振器から発振される。パイロット信号は、発振器の動作が遅れる分だけ遅れて出力されたり停止されたりする。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続されると、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０から外されていても、一定のパイロット信号ＣＰＬＴを出力し得る。ただし、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０から外された状態で出力されたパイロット信号ＣＰＬＴを、ＥＣＵ１７０は検出できない。

充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に接続されると、コントロールパイロット回路３３４は、予め定められたパルス幅（デューティサイクル）のパイロット信号ＣＰＬＴを発振する。

パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅により、供給可能な電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。たとえば、充電ケーブル３００の電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、外部電源４０２の電圧および電流に依存せずに一定である。

一方、用いられる充電ケーブルの種類が異なれば、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は異なり得る。すなわち、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、充電ケーブルの種類毎に定められ得る。

本実施の形態においては、外部充電モードにおいて、充電ケーブル３００によりプラグインハイブリッド車と外部電源４０２とが連結された状態にて、外部電源４０２から供給された電力によってバッテリ１５０に充電される。

充電ケーブル３００およびコネクタ２７０によって外部電源４０２と電気的に接続される電力線２９０，２９５には、外部電源４０２の出力電圧（交流電圧）を検出するための電圧センサ１７１が設けられる。なお、電圧センサ１７１は、バックアップのため複数個並列に配置してもよい。

電圧センサ１７１により検出された、電力線２９０および２９５間の電圧Ｖａｃは、ＥＣＵ１７０へ送出される。また、電力線２９０，２９５の少なくとも一方には、電流センサ１７３が設けられ、検出された電流Ｉａｃは、ＥＣＵ１７０へ送出される。

（外部充電モード時の制御）
次に、図５および図６により、外部電源４０２によりバッテリ１５０を充電する外部充電モード時における第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の制御について説明する。

図５は、外部充電モード時のインバータ制御を説明する機能ブロック図である。
図５を参照して、外部充電制御部６００は、位相検出部６１０と、正弦波生成部６２０と、乗算部６３０と、減算部６４０と、電流制御部６５０とを含む。

位相検出部６１０は、電圧Ｖａｃの零クロス点を検出し、その検出した零クロス点に基づいて電圧Ｖａｃの位相を検出する。正弦波生成部６２０は、位相検出部６１０によって検出された電圧Ｖａｃの位相に基づいて、電圧Ｖａｃと同相の正弦波を生成する。正弦波生成部６２０は、たとえば、正弦波関数のテーブルを用いて、位相検出部６１０からの位相情報に基づいて電圧Ｖａｃと同相の正弦波を生成することができる。

乗算部６３０は、充電電流指令値ＲＣに正弦波生成部６２０からの正弦波を乗算し、その演算結果を電流指令値として出力する。減算部６４０は、乗算部６３０から出力される電流指令から、電流センサ１７３により検出された電流Ｉａｃを減算し、その演算結果を電流制御部６５０へ出力する。なお、充電電流指令値ＲＣは、基本的にはＥＶＳＥの定格電流に基づいて定められる。あるいは、バッテリ１５０の充電状態（ＳＯＣ）をさらに反映して、充電電流指令値ＲＣを可変に設定してもよい。

電流制御部６５０は、外部充電モードであることを示すモード信号ＭＤがオンされているとき、乗算部６３０が出力した電流指令と、電流センサ１７３により検出された電流Ｉａｃとの偏差に基づいて、電流Ｉａｃを電流指令に追従させるための零相電圧指令Ｅ０を生成する。この零相電圧指令Ｅ０は、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の少なくとも一方の各相電圧指令に一律に加算される電圧であって、この零相電圧指令Ｅ０自体は、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転トルクに寄与しないものである。

図６は、図３に示した第１および第２インバータ２１０，２２０および第１および第２ＭＧ１１０，１２０の零相等価回路を示した図である。第１および第２インバータ２１０，２２０の各々は、図３に示したように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける６個のスイッチング素子のオン／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つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子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つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。

外部電源４０２によるバッテリ１５０の充電時、第１および第２インバータ２１０，２２０の少なくとも一方において、外部充電制御部６００（図５）によって生成される零相電圧指令Ｅ０に基づいて零電圧ベクトルが制御される。したがって、この図６では、第１インバータ２１０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２１０Ａとして包括的に記載され、第１インバータ２１０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２１０Ｂとして包括的に記載される。同様に、第２インバータ２２０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２２０Ａとして包括的に記載され、第２インバータ２２０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２２０Ｂとして包括的に記載される。

そして、図６に示されるように、この零相等価回路は、外部電源４０２から第１ＭＧ１１０の中性点１１２および第２ＭＧ１２０の中性点１２２に与えられる単相交流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、第１および第２インバータ２１０，２２０の少なくとも一方において零相電圧指令Ｅ０に基づいて零電圧ベクトルを変化させ、第１および第２インバータ２１０，２２０を単相ＰＷＭコンバータの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、外部電源４０２から供給される交流電力を、バッテリ１５０を充電するための直流電圧に変換することができる。

なお、図５および図６に示した外部充電モード時のインバータ制御は一例に過ぎず、本願発明の適用において、外部電源４０２からの供給電力をバッテリ１５０（蓄電機構）の充電電力に変換するインバータ制御の態様は特に限定されるものではない点について、確認的に記載する。

（車両走行中のＤＦＲ異常検出）
再び図４を参照して、車両走行中には、ＤＦＲ２６０は開放状態に維持される。これにより、車両走行時に車両駆動力または回生制動力を発生するための第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０への通電によっても、電力線２９０および２９５間に通電されることはなく、コネクタ２７０に電圧差が発生することもない。

しかしながら、ＤＦＲ２６０に短絡異常が発生して閉状態に固着すると、中性点１１２および１２２間の電圧差が、電力線２９０および２９５を介して、コネクタ２７０へ現れる。これにより、コネクタ２７０に漏電が発生してしまう可能性がある。特に、コネクタ２７０に電圧差が発生した状態のときに人員が接触することを防止する必要がある。

このため、車両停止後に外部充電のためにケーブル連結を伴うコネクタを操作する際の安全性をより高めるためには、車両走行中からＤＦＲ２６０に短絡異常が発生していないかどうかを検出することが好ましい。

図７は、本発明の実施の形態による蓄電機構の充電制御システムにおける、ＤＦＲ制御およびその異常検出に関連する部分の構成を示す概略ブロック図である。

図７に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ１７０のハードウェアあるいはソフトウェア処理によって実現可能である。

ＤＦＲ制御部５１０は、パワーオンスイッチのオン／オフを示すパワーオン信号ＰＯＮおよび、外部充電モードであることを示すモード信号ＭＤに基づいて、ＤＦＲ２６０の開閉を指示する制御信号ＳＣＲを生成する。

インバータ制御部５２０は、パワーオン信号ＰＯＮおよびモード信号ＭＤに基づいて、パワーオン信号ＰＯＮがオンされて、モード信号ＭＤがオフされる車両走行時には、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が、車両走行に要求される出力を発生するように設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２）に従って動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。具体的には、図示しない電流センサにより検出された、第１ＭＧ１１０のモータ電流（各相）ＭＣＲＴ１および第２ＭＧ１２０のモータ電流（各相）ＭＣＲＴ２、ならびに、図示しない回転角センサ（レゾルバ）により検出された、第１ＭＧ１１０のロータ回転角θ１および第２ＭＧ１２０のロータ回転角θ２に基づいたフィードバック制御により、第１インバータ２１０の各スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御信号ＳＩＶ１と、第２インバータ２２０の各スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御信号ＳＩＶ２とを生成する。

一方、モード信号ＭＤがオンされる外部充電モード時には、インバータ制御部２１０は、図５および図６で説明したように、電圧センサ１７１により検出される電圧Ｖａｃおよび電流センサ１７３により検出される電流Ｉａｃに基づいて、充電指令（充電電流指令値ＲＣ）に従ってバッテリ１５０の充電電力が供給されるように、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０のスイッチング制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。

ＤＦＲ異常検出部５３０は、パワーオン信号ＰＯＮおよびモード信号ＭＤに基づいて、車両走行中において、電圧センサ１７１により検出される電圧Ｖａｃに基づいて、ＤＦＲ２６０が閉状態で固着される短絡異常の発生時にオンされる異常検出信号ＦＬＴを生成する。

図８は、ＤＦＲ異常検出部５３０の動作を説明するフローチャートである。図８のフローチャートに従う処理、すなわち、ＤＦＲ異常検出部５３０の動作は、たとえば、ＥＣＵ１７０の記憶領域（たとえばＲＯＭ：Read Only Memory）に予め格納された所定プログラムの実行により実現される。

ＥＣＵ１７０（ＤＦＲ異常検出部５３０）は、ステップＳ１００では、車両走行中であるか否かを判断する。たとえば、図７に示したパワーオン信号ＰＯＮおよびモード信号ＭＤに基づいてステップＳ１００の判定を実行できる。ステップＳ１００のＮＯ判定時には、以降のステップの実行を省略して「リターン」処理とされて、所定周期経過後に再びプログラムが最初から実行される。あるいは、ステップＳ１００は、「外部充電モードでない」ことを検出するように構成して、非外部充電モード時（モード信号ＭＤのオフ時）ＹＥＳ判定がなされるようにしてもよい。

車両走行中（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１１０により、充電ケーブル３００がコネクタ２７０に接続されている状態であるかどうかを判定する。ステップＳ１１０の判定は、たとえばコネクタ信号ＣＮＣＴに基づいて実行できる。

ＥＣＵ１７０は、充電ケーブル３００の接続中（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、フェイルセーフのため、ステップＳ１６０に処理を進めて、車両停止時に電気システムをシャットダウンするためのフラグをオンする。当該フラグがオンされていると、車速センサの出力に基づいて車両の停止が検知されたときに、ＳＭＲ２５０がオフされて、バッテリ１５０からの電力供給が遮断される。

一方、充電ケーブルが接続されていないとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、さらにステップＳ１２０により、インバータ２１０，２２０が動作中であるかどうかを判定する。各インバータが動作していないとき（たとえばゲート遮断中等）には、中性点１１２，１２２間に電圧差が発生していないため、ＤＦＲ２６０の異常検出ができない。このため、以降のステップの実行を省略してリターン処理とする。

ＥＣＵ１７０は、インバータ２１０，２２０が動作中であると（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１３０により、Ｖａｃセンサすなわち、電圧センサ１７１に異常が発生しているかどうかを確認する。そして、少なくとも１個の電圧センサが正常であり、電圧Ｖａｃの検出が可能であると、ステップＳ１３０はＮＯ判定とされて、ＥＣＵ１７０は、処理をステップＳ１４０へ進める。一方、電圧Ｖａｃを正常に検出できないようなセンサ異常の発生時には、ＤＦＲ２６０の異常検出ができないため、ステップＳ１３０はＹＥＳ判定とされ、リターン処理とされる。

ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１４０では、電圧センサ１７１による電圧Ｖａｃ、すなわち電力線２９０および２９５間の電圧差が所定以上発生している状態が、所定時間継続しているか否かを判定する。ステップＳ１４０における判定は、電圧Ｖａｃのピーク値、あるいは実効値と所定の判定値との比較により実行できる。なお、判定値および所定時間は、電圧センサ１７１の測定ばらつきやノイズの影響によって、異常を誤検出することがないように配慮して設定することが好ましい。

ステップＳ１４０のＮＯ判定時、すなわち電圧Ｖａｃが判定値以下である場合には、リターン処理とされて、所定周期経過後に再びプログラムが最初から実行される。

一方、ステップＳ１４０のＹＥＳ判定時には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１５０により、ＤＦＲ２６０の短絡異常（閉状態の固着）を検出する。これにより、図７の異常検出信号ＦＬＴがオンされる。

さらに、ＥＣＵ１７０は、異常検出信号ＦＬＴがオンされたときの異常時処理の一環として、ステップＳ１６０により、車両停止後に電気システムをシャットダウンするための上述のフラグをオンする。

このように、本実施の形態による蓄電機構の充電システムを搭載したプラグインハイブリッド車によれば、外部電源４０２を接続するためのコネクタ２７０と、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の中性点１１２，１２２との間に設けられた電力線２９０，２９５に介挿接続された「開閉装置」であるＤＦＲ２６０について、ＤＦＲ２６０が開状態に維持される車両走行中に短絡異常の発生を検出できる。この結果、車両停止後に外部充電を行なうために、充電ケーブル３００の連結等のためにコネクタ２７０を操作する時点において、ＤＦＲ２６０の正常性を十分に確認することができる。したがって、ＤＦＲ２６０の短絡異常に起因するトラブルの発生を防止して、外部充電の準備のための操作の安全性をより高めることができる。

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。

プラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図（その１）である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図（その２）である。 外部充電モード時のインバータ制御を説明する機能ブロック図である。 外部充電モード時における第１および第２インバータならびに第１および第２ＭＧの零相等価回路を示した図である。 本発明の実施の形態による蓄電機構の充電制御システムにおける、ＤＦＲ制御およびその異常検出に関連する部分の構成を示す概略ブロック図である。 図７に示したＤＦＲ異常検出部の動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、１１０ 第１ＭＧ、１１２ 中性点（第１ＭＧ）、１２０ 第２ＭＧ、１２２ 中性点（第２ＭＧ）、１３０ 動力分割機構、１４０ 減速機、１５０ バッテリ（蓄電機構）、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１７１ 電圧センサ（Ｖａｃ）、１７３ 電流センサ、１８０ 電圧センサ（ＶＨ）、２００ コンバータ、２１０ インバータ（第１ＭＧ）、２２０ インバータ（第２ＭＧ）、２１０Ａ，２２０Ａ 上アーム、２１０Ｂ、２２０Ｂ 下アーム、２３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４０ 補機バッテリ、２４２ 補機、２５０ ＳＭＲ、２６０ ＤＦＲ（開閉装置）、２７０ コネクタ（車両）、２８０ ＬＣフィルタ、２９０，２９５ 電力線（電力線対）、３００ 充電ケーブル、３１０ コネクタ（充電ケーブル）、３１２ スイッチ、３２０ プラグ、３３２ リレー、３３４ コントロールパイロット回路、４００ コンセント、４０２ 外部電源、５１０ ＤＦＲ制御部、５２０ インバータ制御部、５３０ ＤＦＲ異常検出部、６００ 外部充電制御部、６１０ 位相検出部、６２０ 正弦波生成部、６３０ 乗算部、６４０ 減算部、６５０ 電流制御部、ＣＮＣＴ コネクタ信号、ＣＰＬＴ パイロット信号、Ｅ０ 零相電圧指令、ＦＬＴ 異常検出信号、Ｉａｃ 電流（交流）、ＭＤ モード信号（外部充電モード）、ＰＯＮ パワーオン信号、ＲＣ 充電電流指令値、ＳＣＲ 制御信号（ＤＦＲ）、ＳＩＶ１，ＳＩＶ２ スイッチング制御信号、ＴＲ１，ＴＲ２ トルク指令値、Ｖａｃ 電圧、θ１，θ２ ロータ回転角。

Claims (6)

1. 車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムであって、
   星型結線された多相巻線を固定子巻線として各々が有する第１および第２の交流回転電機と、
   前記第１および第２の交流回転電機および前記蓄電機構との間にそれぞれ設けられ、双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータと、
   前記車両の外部の交流電源と電気的に接続可能に構成されたコネクタ部と、
   前記第１および第２の交流回転電機の多相巻線の中性点と、前記コネクタ部との間を電気的に接続する電力線対と、
   前記電力線対に介挿接続された開閉装置と、
   前記電力線対間の電圧差を検出する電圧検出器と、
   前記開閉装置および前記第１および第２のインバータを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記車両の走行時には前記開閉装置を開放する開閉制御部と、
   前記車両の走行時には、前記第１および第２の交流回転電機が車両走行に要求される出力を発生するように前記第１および第２のインバータによる前記電力変換を制御するインバータ制御部と、
   前記車両の走行時に、前記電圧検出器によって検出された前記電圧差が所定以上であるときに、前記開閉装置の短絡異常を検出する異常検出部とを含む、蓄電機構の充電制御システム。
2. 前記制御装置は、前記車両の走行中に前記故障検出部により前記開閉装置の短絡故障が検知された場合に、前記車両の停止後に前記蓄電機構からの電力供給を遮断する、請求項１記載の蓄電機構の充電制御システム。
3. 前記開閉制御部は、前記車両の停車中に前記交流電源によって前記蓄電機構を充電する外部充電モード時には前記開閉装置を閉成し、
   前記インバータ制御部は、前記外部充電モード時には、前記交流電源からの供給電力を前記蓄電機構の充電電力に変換するように前記第１および第２のインバータによる前記電力変換を制御する、請求項１または２記載の蓄電機構の充電制御システム。
4. 車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムの異常検出方法であって、
   前記充電制御システムは、
   星型結線された多相巻線を固定子巻線として各々が有する第１および第２の交流回転電機と、
   前記第１および第２の交流回転電機および前記蓄電機構との間にそれぞれ設けられ、双方向の電力変換を行なう第１および第２のインバータと、
   前記車両の外部の交流電源と電気的に接続可能に構成されたコネクタ部と、
   前記第１および第２の交流回転電機の多相巻線の中性点と、前記コネクタ部との間を電気的に接続する電力線対と、
   前記電力線対に介挿接続された開閉装置と、
   前記車両の走行時には、前記開閉装置を開放するとともに、前記第１および第２の交流回転電機が車両走行に要求される出力を発生するように前記第１および第２のインバータによる前記電力変換を制御する制御装置とを備え、
   前記異常検出方法は、
   前記車両の走行時であることを検知するステップと、
   前記車両の走行時に前記電圧検出器によって検出された前記電圧差が所定以上であるときに前記開閉装置の短絡異常を検出するステップとを備える、蓄電機構の充電制御システムの異常検出方法。
5. 前記車両の走行中に前記前記開閉装置の短絡故障が検知された場合に、前記車両の停止後に前記蓄電機構からの電力供給を遮断するステップをさらに備える、蓄電機構の充電制御システムの異常検出方法。
6. 前記制御装置は、前記車両の停車中に前記交流電源によって前記蓄電機構を充電する外部充電モード時には、前記開閉装置を閉成するとともに、前記交流電源からの供給電力を前記蓄電機構の充電電力に変換するように前記第１および第２のインバータによる前記電力変換を制御する、請求項４または５記載の蓄電機構の充電制御システムの異常検出方法。

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