JP2011091894A - 車両の電源システムおよびそれを搭載する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】外部充電が可能な車両の電源システムにおいて、外部充電時の充電効率を向上する。
【解決手段】車両の電源システムは、外部電源２６０からの電力によって外部充電が可能であって、充電可能な蓄電装置１１２と、外部電源２６０からの電力を用いて蓄電装置１１２の充電を行なうための充電装置２００と、充電装置２００を制御するための制御装置３００とを備える。そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１２に充電する必要充電量を、車両乗員からの次回走行経路指示に基づいて演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の電源システムおよびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、車両外部の電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した車両の電源システムに関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から車載の蓄電装置の充電が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。

特開２００８−０９４２３０号公報（特許文献１）には、外部電源からの電力によって蓄電装置を充電する外部充電が可能な車両において、車両乗員からの指示による外部充電の予定に応じて、走行中の蓄電装置の充電状態（以下、ＳＯＣ「State of Charge」とも称する。）の目標値を変更することによって、外部充電時に蓄電装置が受け入れ可能な充電量を可変とする技術が開示される。

特開２００８−０９４２３０号公報 特開２００８−２６３７３０号公報 特開２００９−１６５２１０号公報

外部充電が行なわれる場合、次回走行の際にできるだけ蓄電装置からの電力を使用して走行ができるように、一般的には、蓄電装置はＳＯＣの上限付近までフル充電される。しかしながら、たとえば次回の走行予定が近距離であることがわかっているような場合には、蓄電装置をフル充電しなくとも、蓄電装置からの電力を用いて十分に走行が可能な場合がある。このような場合に、蓄電装置を毎回フル充電すると、不必要な充電量が蓄電装置に充電されることになるので、この不必要な充電量を充電する際に制御装置や充電装置が駆動されることによって消費される電力が無駄となってしまう場合がある。

また、蓄電装置がＳＯＣが高い状態のまま保存される場合、蓄電装置自体によって充電量が徐々に消費されてしまう自己放電が発生することが知られている。そのため、走行に必要となる電力を超える不必要な充電量を蓄電装置に充電しておくと、上述の自己放電のために、外部充電によって充電した電力が無駄に消費されてしまうおそれがある。

このように、次回の走行に不必要な充電量が蓄電装置に充電されると、全体として外部充電時の充電効率が低下してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部充電時の充電効率の向上が可能な車両の電源システムおよびそれを搭載する車両を提供することである。

本発明による電源システムは、外部電源からの電力によって外部充電が可能な車両の電源システムであって、充電可能な蓄電装置と、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備える。充電装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置の充電を行なう。そして、制御装置は、蓄電装置に充電する必要充電量を、車両乗員からの次回走行経路指示に基づいて演算する。

好ましくは、蓄電装置は、複数の蓄電ユニットを含む。そして、制御装置は、必要充電量に応じて、複数の蓄電ユニットのうちから充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する。

好ましくは、電源システムは、複数の蓄電ユニットを共通の充電装置にそれぞれ接続するための複数の第１の接続部をさらに備える。そして、制御装置は、外部充電時に、複数の第１の接続部のうち対象蓄電ユニットに対応する接続部を接続するとともに、対象蓄電ユニット以外の蓄電ユニットに対応する接続部を非接続とするように複数の第１の接続部を制御する。

好ましくは、蓄電装置は、複数の蓄電ユニットに対応して設けられ、複数の蓄電ユニットをそれぞれ監視するための複数の制御ユニットをさらに含む。また、電源システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータと、複数の第２の接続部とをさらに備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、複数の蓄電ユニットからの直流電圧を降圧して、複数の制御ユニットの制御用の電源電圧を供給する。複数の第２の接続部は、複数の制御ユニットを共通のＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ接続する。そして、制御装置は、対象蓄電ユニットに対応する第２の接続部を接続するとともに、対象蓄電ユニット以外の蓄電ユニットに対応する第２の接続部を非接続とする。

好ましくは、制御装置は、複数の制御ユニットからの信号に基づいて複数の蓄電ユニットの故障を検出するとともに、複数の蓄電ユニットのうち、故障が発生していない蓄電ユニットの中から対象蓄電ユニットを選択する。

好ましくは、制御装置は、複数の蓄電ユニットの各々について、対象蓄電ユニットとして優先的に選択される回数が、所定の期間内にほぼ均等になるように、対象蓄電ユニットを選択する。

好ましくは、制御装置は、対象蓄電ユニットの充電上限基準値まで対象蓄電ユニットが充電されるように充電装置を制御する。

好ましくは、制御装置は、対象蓄電ユニットに充電された充電量が必要充電量に達した場合は外部充電が停止されるように充電装置を制御する。

好ましくは、制御装置は、対象蓄電ユニットが複数である場合に、各対象蓄電ユニットの充電量が均等になるように充電装置を制御する。

好ましくは、電源システムは、車両乗員が次回走行経路指示を入力するための入力部をさらに備える。

好ましくは、入力部はナビゲーションシステムを含んで構成される。
本発明による車両は、外部電源からの電力によって外部充電が可能であり、充電可能な蓄電装置と、回転電機と、駆動装置と、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備える。駆動装置は、蓄電装置からの電力を用いて回転電機を駆動することによって、車両の駆動力を発生する。充電装置は、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する。そして、制御装置は、蓄電装置に充電する必要充電量を、車両乗員からの次回走行経路指示に基づいて演算する。

本発明によれば、外部充電が可能な車両の電源システムにおいて、充電効率を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 本実施の形態１における充電制限制御を適用しない比較例の場合の、充電状態を説明するための図である。 本実施の形態１における充電制限制御を適用した場合の、充電状態を説明するための図である。 本実施の形態１において、ＨＶ−ＥＣＵで実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態１において、ＨＶ−ＥＣＵで実行される充電制限制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した車両の他の例の全体ブロック図である。 実施の形態１の変形例における充電制限制御の概要を説明するための第１の図である。 実施の形態１の変形例における充電制限制御の概要を説明するための第２の図である。 実施の形態１の変形例における充電制限制御の他の例を説明するための図である。 本実施の形態１の変形例において、ＨＶ−ＥＣＵで実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態２において、ＨＶ−ＥＣＵで実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態２において、ＨＶ−ＥＣＵで実行される充電制限制御処理を説明するためのフローチャートである。

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り返さない。

[実施の形態１]
図１は、本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した車両１００の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１２と、システムメインリレー（System Main Relay：ＳＭＲ）１１５，１１６と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、制御装置（以下、ＨＶ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００とを備える。また、蓄電装置１１２は、蓄電ユニット１１０，１１１と、バッテリＥＣＵ１１３，１１４とを含む。

蓄電ユニット１１０，１１１は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電ユニット１１０，１１１は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

蓄電ユニット１１０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１を介して負荷であるモータジェネレータ１３０を駆動するためのＰＣＵ１２０に接続される。また、蓄電ユニット１１１は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２を介して、ＰＣＵ１２０に対して蓄電ユニット１１０と並列に接続される。そして、蓄電ユニット１１０，１１１は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電ユニット１１０，１１１は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電ユニット１１０，１１１の出力はたとえば２００Ｖ程度である。

ＳＭＲ１１５に含まれるスイッチは、蓄電ユニット１１０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電ユニット１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

また、ＳＭＲ１１６に含まれるスイッチは、蓄電ユニット１１１とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ２にそれぞれ介挿される。そして、ＳＭＲ１１６は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２に基づいて、蓄電ユニット１１１とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切替える。

バッテリＥＣＵ１１３，１１４は、蓄電ユニット１１０，１１１に対応してそれぞれ設けられ、蓄電ユニット１１０，１１１の監視を行なう。バッテリＥＣＵ１１３，１１４は、蓄電ユニット１１０，１１１に含まれる電圧センサおよび電流センサ（いずれも図示せず）から受ける電圧ＶＢ１，ＶＢ２および電流ＩＢ１、ＩＢ２の検出値に基づいて、蓄電ユニット１１０，１１１の充電状態ＳＯＣ１，ＳＯＣ２をそれぞれ演算する。そして、バッテリＥＣＵ１１３，１１４は、ＳＯＣ１，ＳＯＣ２、電圧ＶＢ１，ＶＢ２および電流ＩＢ１、ＩＢ２をＨＶ−ＥＣＵ３００に出力する。

また、バッテリＥＣＵ１１３，１１４は、蓄電ユニット１１０，１１１の故障の発生状態を検出し、その検出結果に基づいて状態信号ＳＴＡＴ１，ＳＴＡＴ２をＨＶ−ＥＣＵ３００に出力する。

ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

コンバータ１２１は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２は、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１に接続される。インバータ１２２は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩに基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータ１３０を駆動する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＨＰＬおよび接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電ユニット１１０，１１１の充電電力に変換される。

図１においては、モータジェネレータおよびインバータが１つずつ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されず、モータジェネレータおよびインバータのペアを複数設ける構成としてもよい。

また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電ユニット１１０，１１１を充電することも可能である。

すなわち、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などを含む。

図示された車両１００の構成から、モータジェネレータ１３０、動力伝達ギア１４０および駆動輪１５０を除いた部分によって、車両の電源システムが構成される。

電源システムは、さらに低電圧系（補機系）の構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０と、補機バッテリ１８０と、補機負荷１９０とを含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１に接続され、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤに基づいて、蓄電ユニット１１０，１１１から供給される直流電圧を電圧変換する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ４を介して補機負荷１９０、バッテリＥＣＵ１１３，１１４に電源電圧を供給するとともに、補機バッテリ１８０に充電電力を供給する。

スイッチ２２１，２２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０とバッテリＥＣＵ１１３，１１４とを結ぶそれぞれの経路に介挿される。スイッチ２２１，２２２は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ５，ＳＥ６によってそれぞれ制御され、バッテリＥＣＵ１１３，１１４への電源電圧の供給と遮断とを切替える。

補機バッテリ１８０は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ１８０の出力電圧は、蓄電ユニット１１０，１１１の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

補機負荷１９０には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒーター、オーディオなどが含まれる。

ＨＶ−ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ＰＣＵ１２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０、補機負荷１９０、ＳＭＲ１１５，１１６およびスイッチなどを制御するための制御信号を生成して出力する。

なお、図１においては、ＨＶ−ＥＣＵ３００を１つの制御装置を設ける構成としているが、たとえば、ＰＣＵ１２０用の制御装置や充電装置２００用の制御装置などのように、各機能ごとまたは制御対象機器ごとに個別の制御装置を設ける構成としてもよい。

電源システムは、外部電源２６０からの電力によって蓄電ユニット１１０を充電するための構成として、インレット２３０と、充電装置２００と、スイッチ２１０，２１１とを含む。

インレット２３０には、充電ケーブル２５０の充電コネクタ２５１が接続される。そして、外部電源２６０からの電力が、充電ケーブル２５０を介して車両１００に伝達される。

充電ケーブル２５０は、充電コネクタ２５１に加えて、外部電源２６０のコンセント２６１に接続するための電源プラグ２５３と、外部電源２６０からの電力の供給および遮断を切替えるためのスイッチ２５２とが含まれる。なお、スイッチ２５２は必ずしも必要ではなく、充電ケーブル２５０はスイッチ２５２を含まない構成としてもよい。

充電装置２００は、スイッチ２１０を介して、蓄電ユニット１１０に接続される。スイッチ２１０は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３に基づいて、蓄電ユニット１１０と充電装置２００との間での電力の供給と遮断とを切替える。

また、充電装置２００は、スイッチ２１１を介して、蓄電ユニット１１１に接続される。スイッチ２１１は、ＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ４に基づいて、蓄電ユニット１１１と充電装置２００との間での電力の供給と遮断とを切替える。

充電装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してインレット２３０に接続される。また、充電装置２００は、スイッチ２１０，２１１を介してそれぞれ蓄電ユニット１１０，１１１に接続される。そして、充電装置２００は、外部電源２６０から供給される交流電力を、蓄電ユニット１１０，１１１の充電電力に変換する。

車両１００は、後述する充電制限制御の際に、車両乗員によって次回走行時の目的地や走行経路を入力するための入力部１９５をさらに備える。入力部１９５としては、たとえばナビゲーションシステムなどが用いられる。

図１のように、蓄電装置として複数の蓄電ユニットを備える車両においては、多くの場合、外部充電時には、次回走行の際にできるだけ蓄電装置からの電力を用いて走行ができるように、これらすべての蓄電ユニットがフル充電されることがある。

しかしながら、次回の走行予定距離が短い場合には、走行に必要とされる電力量がすべての蓄電ユニットをフル充電した場合に充電される充電量よりも小さく、複数の蓄電ユニットのうちの一部の蓄電ユニットのみの充電量でまかなうことができる場合がある。このような場合に、すべての蓄電ユニットをフル充電すると、次回の走行に必要となる電力量を超過した不必要な電力量を充電することになる。そうすると、この不必要な電力量を充電するために駆動されるＥＣＵや充電装置で電力が消費されるので、全体として外部充電の際の効率が低下してしまうおそれがある。

また、一般的に、蓄電装置は充電された状態で保存された場合、自己放電（自然放電）によって徐々に充電電力が消費されてしまうことが知られている。そのため、走行に使用されない余剰の電力量を充電したままの状態では、この自己放電のために、外部充電によって充電された電力が走行に使用されないまま無駄に消費されることになる。このこともまた、外部充電の効率を低下させてしまう一因となり得る。

さらに、リチウムイオン電池などでは、満充電状態で長期間保存すると電池の劣化が急激に進行することが知られている。この点からも走行に使用しない電池については、できるだけ不必要な充電を行なわないことが好ましい。

そこで、本実施の形態１においては、外部充電の際にすべての蓄電ユニットを毎回フル充電することに代えて、車両乗員により入力される次回走行予定に基づいて演算される必要充電量に応じて、複数の蓄電ユニットのうち、実際に充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する。そして、選択された蓄電ユニットのみを用いて、その必要充電量を充電する充電制限制御を行なう。

このような構成とすることで、次回走行距離が短く必要充電量が少ないような場合では、充電する蓄電ユニットの個数を減少させることによって、外部充電の際のＥＣＵや充電装置などの消費電力を低減することが期待できる。

図２および図３は、本実施の形態１における充電制限制御の概要を説明するための図である。図２は、充電制限制御を適用しない場合の比較例の図であり、図３は充電制限制御を適用した場合の図である。図２および図３においては、図１のように２つの蓄電ユニットを備える電源システムにおける、次回走行に必要な充電量と、２つの蓄電ユニットに充電される充電量とが示される。

図２を参照して、次回走行の際に必要とされる充電量が、図２中のＡ１で示されるように、１つの蓄電ユニットでまかなうことができる充電量であり、かつ充電前においては、バッテリ１およびバッテリ２はＳＯＣの下限値である場合を考える。このとき、充電制限制御を適用しない場合には、必要充電量の大小にかかわらず、バッテリ１およびバッテリ２の両方が図２のＡ２，Ａ３のように、ＳＯＣの上限値付近までフル充電される。

一方、本実施の形態１の充電制限制御を適用した図３の場合には、次回走行の際の必要充電量が１つの蓄電ユニットで充電が可能であるので、たとえばバッテリ１が充電を行なうための対象蓄電ユニットとして選択され、選択されたバッテリ１は図３のＡ１２のようにフル充電される。一方、充電を行なうための対象蓄電ユニットとして選択されなかったバッテリ２は充電されない。

このように制御することで、次回走行に必要となる充電量を充電する対象蓄電ユニット以外の蓄電ユニットの充電動作が抑制される。これによって、不必要な充電を行なうことによるＥＣＵ等の消費電力を低減することができる。

図４は、本実施の形態１において、ＨＶ−ＥＣＵ３００で実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。図４および後述する図１０，図１１で説明される機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＨＶ−ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図４を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、充電量演算部３１０と、記憶部３２０と、バッテリ選択部３３０と、スイッチ制御部３４０と、充電制御部３５０とを含む。

充電量演算部３１０は、車両乗員によって入力部１９５に入力された次回走行予定の走行経路ＰＡＴＨや目的地ＤＴＮの情報を受ける。充電量演算部３１０は、記憶部３２０に記憶された地図情報および過去の走行履歴データを参照して、入力された走行経路ＰＡＴＨ，目的地ＤＴＮの走行距離ＤＩＳおよび消費電力ＰＷＲを取得する。そして、これらの情報に基づいて、充電量演算部３１０は、外部充電によって蓄電ユニットに充電するトータルの充電量の目標値ＰＲＥＦを演算し、その演算結果をバッテリ選択部３３０へ出力する。

バッテリ選択部３３０は、充電量演算部３１０からの充電量目標値ＰＲＥＦを受ける。そして、バッテリ選択部３３０は、この充電量目標値ＰＲＥＦに基づいて、蓄電ユニット１１０，１１１の中から充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する。

ここで、対象蓄電ユニットの選択については、たとえば蓄電ユニット１１０，１１１のいずれか一方を優先的に充電するように選択してもよいし、蓄電ユニット１１０，１１１の充電容量や充電効率が異なる場合には、充電量目標値ＰＲＥＦに応じて、より効率的にかつ少ない蓄電ユニット数で充電ができるように対象蓄電ユニットを選択してもよい。

また、蓄電ユニット１１０，１１１の各々について、優先的に充電する対象蓄電ユニットとして選択される回数が、所定の期間内にほぼ均等となるように（たとえば、交互に）選択することも可能である。このように選択すると、蓄電ユニット１１０，１１１の充放電回数が平均化されるので、蓄電ユニット１１０，１１１のいずれかの劣化が一方的に進んでしまうことが抑制できる。

そして、バッテリ選択部３３０は、選択結果である選択信号ＳＥＬをスイッチ制御部３４０に出力する。

スイッチ制御部３４０は、バッテリ選択部３３０からの選択信号ＳＥＬに基づいて、スイッチ２１０，２１１のうち、充電を行なう対象蓄電ユニット側のスイッチの接点を閉じるように、制御信号ＳＥ３，ＳＥ４を生成して出力する。また、スイッチ制御部３４０は、バッテリ選択部３３０からの選択信号ＳＥＬに基づいて、バッテリＥＣＵの電源電圧供給用のスイッチ２２１，２２２のうち、充電を行なう対象蓄電ユニット側のバッテリＥＣＵの電源電圧供給用スイッチの接点を閉じるように、制御信号ＳＥ５，ＳＥ６を生成して出力する。

また、蓄電ユニット１１０，１１１の両方の充電が必要である場合には、一方の蓄電ユニットの充電が完了した後にもう一方の蓄電ユニットを充電するようにスイッチ２１０，２１１を切替えてもよい。あるいは、蓄電ユニット１１０，１１１の両方を同時に充電する場合には、スイッチ２１０，２１１の両方の接点を閉じるようにしてもよい。

充電制御部３５０は、スイッチ制御部３４０からの制御信号ＳＥ３〜ＳＥ６を受ける。また、バッテリＥＣＵ１１３，１１４から蓄電ユニット１１０，１１１の充電状態ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。そして、充電制御部３５０は、制御信号ＳＥ３，ＳＥ４によってスイッチの接点が閉じられている側の蓄電ユニット（すなわち、充電対象の蓄電ユニット）を充電するように、制御信号ＰＷＥを生成して充電装置２００に出力する。

図５は、本実施の形態１において、ＨＶ−ＥＣＵ３００で実行される充電制限制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５および後述する図１２に示すフローチャート中の各ステップについては、ＨＶ−ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図１および図５を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）４００にて、入力部１９５から次回走行予定の走行経路ＰＡＴＨおよび目的地ＤＴＮの情報を取得する。

次に、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４１０にて、走行経路ＰＡＴＨおよび目的地ＤＴＮの情報に基づいて、図４の記憶部３２０に記憶された地図情報および過去の走行履歴データから走行距離ＤＩＳおよび消費電力ＰＷＲを演算する。

そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４２０にて、これらの演算結果に基づいて、蓄電ユニット１１０，１１１に充電する必要充電量目標値ＰＲＥＦを演算する。

ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４３０にて、必要充電量目標値ＰＲＥＦに基づいて、充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する。

そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４４０にて、充電を行なう対象蓄電ユニット側のスイッチの接点を閉じるように制御信号ＳＥ３，ＳＥ４を生成して、スイッチ２１０，２１１を制御する。また、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４４０にて、充電を行なう対象蓄電ユニット側のバッテリＥＣＵに電源電圧を供給するために、制御信号ＳＥ５，ＳＥ６を生成して、スイッチ２２１，２２２を制御する。

その後、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４５０にて、充電装置２００を制御して選択された蓄電ユニットが満充電となるように充電処理を行なう。

そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４６０にて、対象蓄電ユニットのすべての充電が完了したか否かを判定する。

対象蓄電ユニットのすべての充電が完了していない場合（Ｓ４６０にてＮＯ）は、処理がＳ４３０に戻され、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、対象蓄電ユニットの中で充電が完了していない蓄電ユニットに切替えてさらに充電処理を実行する（Ｓ４３０〜Ｓ４５０）。

一方、対象蓄電ユニットのすべての充電が完了した場合（Ｓ４６０にてＮＯ）は、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、処理を終了する。

このような処理に従って制御が行なわれることによって、次回の走行予定に応じて必要となる充電量を充電するための蓄電ユニットが複数の蓄電ユニットから選択され、その選択された蓄電ユニットのみの充電が行なわれる。その結果、すべての蓄電ユニットをフル充電する場合と比較して、不必要な充電量の充電が行なわれないので、外部充電時におけるＥＣＵや充電装置の消費電力を低減することができ、外部充電時の充電効率を向上させることができる。

なお、図１の構成においては、蓄電ユニット１１０，１１１はＰＣＵ１２０内のコンバータ１２１に対して並列に接続されているが、図６に示される本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した車両１００Ａの他の例のように、蓄電ユニット１１０，１１１に対してコンバータがそれぞれ設けられ、２つのコンバータがインバータ１２２に対して並列に接続されるような構成とすることもできる。

図６においては、図１のＰＣＵ１２０が、コンバータ１２３およびコンデンサＣ３をさらに含むＰＣＵ１２０Ａに置き換わったものとなっている。コンバータ１２３の構成は上述のコンバータ１２１と同様であり、コンバータ１２１，１２３はＨＶ−ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２によりそれぞれ制御されて電圧変換動作を行なう。

図１の構成では、蓄電ユニット１１０，１１１はＰＣＵ１２０内のコンバータ１２１に対して並列に接続されており、蓄電ユニット１１０，１１１が同時に使用される場合があるので、基本的には蓄電ユニット１１０，１１１の定格容量および定格出力電圧は同じとされる。一方、図６においては、コンバータ１２１，１２３により電圧変換が可能であるので、蓄電ユニット１１０，１１１は必ずしも同じ性能を有する必要はなく、必要に応じて定格容量や定格出力電圧が異なるものを採用することができる。

[実施の形態１の変形例]
上述の実施の形態１においては、複数の蓄電ユニットのうちから、次回走行の必要充電量が充電可能な蓄電ユニットを選択し、選択された蓄電ユニットについてはフル充電を行なう構成について説明した。

しかしながら、たとえば図１のように２つの蓄電ユニットを備えた充電システムにおいて、図７に示すように、次回走行予定に必要な充電量が１つの蓄電ユニットの充電容量よりも大きくかつ２つの蓄電ユニットの充電容量の合計よりも小さいような場合には、結局すべての蓄電ユニットがフル充電されることになる。そうすると、外部充電時の充電効率を向上できない場合が起こり得る。

そこで、実施の形態１の変形例においては、選択された蓄電ユニットについて、必要となる充電量だけを充電する構成について説明する。このようにすることで、選択された蓄電ユニットにおいて、さらに不必要な充電が抑制されるので、外部充電の効率をさらに向上させることができる。

図８は、実施の形態１の変形例における充電制限制御の概要を説明するための図である。図８では、図７同様に、２つの蓄電ユニットを備えた充電システムにおいて、次回走行予定に必要な充電量が１つの蓄電ユニットの充電容量よりも大きくかつ２つの蓄電ユニットの充電容量の合計よりも小さいような場合を考える。この場合に、実施の形態１の変形例においては、一方の蓄電ユニット（図８中のバッテリ１）についてはフル充電を行ない、他方の蓄電装置（図８中のバッテリ２）については、必要充電量のうちのバッテリ１の充電容量を超過する充電量だけを充電する。このようにすることで、バッテリ２の残りの容量についての充電が抑制されるので、図７の場合と比べてトータルの充電時間が短くなり、ＥＣＵや充電装置による消費電力を低減することができる。

また、図８においては、バッテリ１を満充電状態とし、残りの充電量をバッテリ２で充電するようにしたが、図９に示すようにバッテリ１およびバッテリ２について、それぞれの充電量が均等となるように充電してもよい。蓄電装置は一般的にＳＯＣと出力電圧には相関関係がある。そのため、このように複数の蓄電ユニットに対して充電量を均等にすることで、各蓄電ユニットの出力電圧をほぼ同じにすることができる。そして、図１のように、コンバータ１２１に対して蓄電ユニット１１０，１１１が並列に接続されているような構成において、蓄電ユニット１１０，１１１の出力電圧がほぼ同じになるので、蓄電ユニット１１０，１１１を同時使用したときに、蓄電ユニット間での電力の入出力が抑制できる。その結果、蓄電ユニット間での電力の入出力に起因する電力損失を低減することが期待できる。

図１０は、本実施の形態１の変形例において、ＨＶ−ＥＣＵ３００で実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。図１０は、図４と同様の機能ブロックを含んでいるが、バッテリ選択部３３０から充電制御部３５０へ各蓄電ユニットの充電量目標値ＰＲＥＦ１，ＰＲＥＦ２が出力される点が異なる。

図１０を参照して、バッテリ選択部３３０は、蓄電ユニット１１０，１１１のうち充電を行なう対象蓄電ユニットを選択して選択信号ＳＥＬを設定するとともに、各蓄電ユニット１１０，１１１に充電する充電量目標値ＰＲＥＦ１，ＰＲＥＦ２を設定する。なお、蓄電ユニット１１０，１１１のうちいずれか一方のみを充電する場合は、他方の充電量目標値はゼロ（または、ＳＯＣ下限基準値）に設定される。

バッテリ選択部３３０は、選択信号ＳＥＬをスイッチ制御部３４０へ出力するとともに、充電量目標値ＰＲＥＦ１，ＰＲＥＦ２を充電制御部３５０へ出力する。

充電制御部３５０は、スイッチ制御部３４０からの制御信号ＳＥ３〜ＳＥ６、バッテリ選択部３３０からの充電量目標値ＰＲＥＦ１，ＰＲＥＦ２、およびバッテリＥＣＵ１１３，１１４からの充電状態ＳＯＣ１，ＳＯＣ２を受ける。そして、充電制御部３５０は、制御信号ＳＥ３，ＳＥ４によってスイッチの接点が閉じられている側の蓄電ユニット（すなわち、充電対象の蓄電ユニット）についてそのＳＯＣが充電量目標値となるように、制御信号ＰＷＥを生成して充電装置２００に出力する。

なお、実施の形態１の変形例についてのフローチャートは、基本的には実施の形態１の図５と同様であるので説明は繰り返さないが、実施の形態１の変形例においては、図５のステップＳ４５０の充電制御処理において、選択された対象蓄電ユニットは、そのＳＯＣがバッテリ選択部３３０で設定された充電量目標値となるように充電される。

このような処理に従って制御することによって、次回走行に必要となる充電量だけが蓄電ユニットに充電されるので、不必要な充電が抑制され、外部充電時の充電効率を向上させることができる。

なお、実施の形態１の変形例においては、図１のように複数の蓄電ユニットを備える構成でなく、１つの蓄電ユニットを備える構成においても適用が可能である。すなわち、この場合には、１つの蓄電ユニットに対して、必要充電量だけが充電される。

[実施の形態２]
実施の形態１およびその変形例では、次回走行予定に基づいて演算した必要充電量によって充電を行なうための対象蓄電ユニットの選択を行なった。しかし、蓄電ユニットに何らかの故障が発生している場合には、その故障が発生している蓄電ユニットに充電を行なうことができない場合がある。

そこで、実施の形態２においては、外部充電を行なう際に、蓄電ユニットの故障が検出された場合には、故障が検出された蓄電ユニット以外の蓄電ユニットの中から対象蓄電ユニットを選択する構成について説明する。

図１１は、本実施の形態２において、ＨＶ−ＥＣＵ３００で実行される充電制限制御を説明するための機能ブロック図である。図１１は、実施の形態１の図４の機能ブロック図に故障検出部３６０が追加されたものとなっている。図１１において、図４と重複する機能ブロックの説明は繰り返さない。

図１および図１１を参照して、故障検出部３６０は、バッテリＥＣＵ１１３，１１４から蓄電ユニット１１０，１１１のそれぞれの状態を表わす状態信号ＳＴＡＴ１，ＳＴＡＴ２を受ける。そして、故障検出部３６０は、状態信号ＳＴＡＴ１，ＳＴＡＴ２に基づいて蓄電ユニット１１０，１１１のいずれかに故障が発生していることが検出されると、故障信号ＦＬＴを設定して、バッテリ選択部３３０へ故障信号ＦＬＴを出力する。

バッテリ選択部３３０は、故障検出部３６０からの故障信号ＦＬＴに基づいて、蓄電ユニット１１０，１１１のうち故障が検出されていない蓄電ユニットを、充電対象の蓄電ユニットとして選択する。なお、いずれの蓄電ユニットにも故障が検出されない場合には、実施の形態１と同様に、蓄電ユニット１１０，１１１の両方から充電対象の蓄電ユニットを選択する。そして、選択信号ＳＥＬをスイッチ制御部３４０に出力する。

図１２は、本実施の形態２において、ＨＶ−ＥＣＵ３００で実行される充電制限制御を説明するためのフローチャートである。図１２は、実施の形態１の図５のフローチャートに、ステップＳ４２１〜Ｓ４２４が追加されたものとなっている。図１２において、図５と重複するステップについての説明は繰り返さない。

図１および図１０を参照して、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、次回走行経路および目的地に基づいて次回走行の必要充電量ＰＲＥＦを演算すると（Ｓ４２０）、次にＳ４２１において、バッテリＥＣＵ１１３，１１４から蓄電ユニット１１０，１１１の故障情報を取得する。

そして、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、Ｓ４２２にて、故障した蓄電ユニットがあるか否かを判定する。

故障した蓄電ユニットがない場合（Ｓ４２２にてＮＯ）は、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、すべての蓄電ユニットを、充電対象の蓄電ユニットとして選択可能に設定し（Ｓ４２３）、処理をＳ４３０に進める。

一方、故障した蓄電ユニットがある場合（Ｓ４２２にてＹＥＳ）は、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、処理をＳ４２４に進め、故障が発生していない正常な蓄電ユニットを、充電対象の蓄電ユニットとして選択可能に設定する。そして、処理がＳ４３０に進められる。

Ｓ４３０にて、ＨＶ−ＥＣＵ３００は、必要充電量ＰＲＥＦに基づいて、Ｓ４２２またはＳ４２３で充電対象の蓄電ユニットとして選択可能に設定された蓄電ユニットの中から、実際に充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する。以降の処理は、図５のフローチャートの説明と同様であるので繰り返さない。

以上のような処理に従って制御することによって、故障が発生している蓄電ユニットがある場合には、その故障が発生した蓄電ユニット以外の蓄電ユニットを用いて、次回走行に必要な充電量を充電することができる。

なお、実施の形態２においても、実施の形態１の変更例の適用が可能である。
また、上述の実施の形態１、実施の形態２およびその変更例においては、蓄電ユニットが２つの場合について説明したが、蓄電ユニットの数が３以上の場合であっても、上述のいずれの充電制限制御についても適用することが可能である。

なお、本実施の形態のＨＶ−ＥＣＵ３００は、本発明における「制御装置」の一例である。本実施の形態のバッテリＥＣＵ１１３，１１４は、本発明における「制御ユニット」の一例である。また、本実施の形態のスイッチ２１０，２１１およびスイッチ２２１，２２２は、それぞれ本発明における「第１の接続部」および「第２の接続部」の一例である。さらに、本実施の形態のモータジェネレータ１３０は、本発明における「回転電機」の一例である。

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。

１００，１００Ａ 車両、１１０，１１１ 蓄電ユニット、１１２ 蓄電装置、１１３，１１４ バッテリＥＣＵ、１１５，１１６ ＳＭＲ、１２０，１２０Ａ ＰＣＵ、１２１，１２３ コンバータ、１２２ インバータ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１７０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８０ 補機バッテリ、１９０ 補機負荷、１９５ 入力部、２００ 充電装置、２１０，２１１，２２１，２２２，２５２ スイッチ、２３０ インレット、２５０ 充電ケーブル、２５１ 充電コネクタ、２５３ 電源プラグ、２６０ 外部電源、２６１ コンセント、３００ ＨＶ−ＥＣＵ、３１０ 充電量演算部、３２０ 記憶部、３３０ バッテリ選択部、３４０ スイッチ制御部、３５０ 充電制御部、３６０ 故障検出部、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１〜ＰＬ４，ＨＰＬ 電力線、Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ、ＮＬ１〜ＮＬ３ 接地線。

Claims (12)

1. 外部電源からの電力によって外部充電が可能な車両の電源システムであって、
   充電可能な蓄電装置と、
   前記外部電源からの電力を用いて、前記蓄電装置の充電を行なうための充電装置と、
   前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置に充電する必要充電量を、車両乗員からの次回走行経路指示に基づいて演算する、車両の電源システム。
2. 前記蓄電装置は、複数の蓄電ユニットを含み、
   前記制御装置は、前記必要充電量に応じて、前記複数の蓄電ユニットのうちから充電を行なう対象蓄電ユニットを選択する、請求項１に記載の車両の電源システム。
3. 前記複数の蓄電ユニットを、共通の前記充電装置にそれぞれ接続するための複数の第１の接続部をさらに備え、
   前記制御装置は、前記外部充電時に、前記複数の第１の接続部のうち、前記対象蓄電ユニットに対応する接続部を接続するとともに、前記対象蓄電ユニット以外の蓄電ユニットに対応する接続部を非接続とするように前記複数の第１の接続部を制御する、請求項２に記載の車両の電源システム。
4. 前記蓄電装置は、
   前記複数の蓄電ユニットに対応して設けられ、前記複数の蓄電ユニットをそれぞれ監視するための複数の制御ユニットをさらに含み、
   前記電源システムは、
   前記複数の蓄電ユニットからの直流電圧を降圧して、前記複数の制御ユニットの制御用の電源電圧を供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記複数の制御ユニットを、共通の前記ＤＣ／ＤＣコンバータにそれぞれ接続するための複数の第２の接続部とをさらに備え、
   前記制御装置は、前記対象蓄電ユニットに対応する前記第２の接続部を接続するとともに、前記対象蓄電ユニット以外の蓄電ユニットに対応する前記第２の接続部を非接続とする、請求項３に記載の車両の電源システム。
5. 前記制御装置は、前記複数の制御ユニットからの信号に基づいて前記複数の蓄電ユニットの故障を検出するとともに、前記複数の蓄電ユニットのうち、前記故障が発生していない蓄電ユニットの中から前記対象蓄電ユニットを選択する、請求項４に記載の車両の電源システム。
6. 前記制御装置は、前記複数の蓄電ユニットの各々について、前記対象蓄電ユニットとして優先的に選択される回数が、所定の期間内にほぼ均等になるように、前記対象蓄電ユニットを選択する、請求項４に記載の車両の電源システム。
7. 前記制御装置は、前記対象蓄電ユニットの充電上限基準値まで前記対象蓄電ユニットが充電されるように前記充電装置を制御する、請求項２に記載の車両の電源システム。
8. 前記制御装置は、前記対象蓄電ユニットに充電された充電量が前記必要充電量に達した場合は前記外部充電が停止されるように前記充電装置を制御する、請求項２に記載の車両の電源システム。
9. 前記制御装置は、前記対象蓄電ユニットが複数である場合に、各前記対象蓄電ユニットの充電量が均等になるように前記充電装置を制御する、請求項８に記載の車両の電源システム。
10. 車両乗員が前記次回走行経路指示を入力するための入力部をさらに備える、請求項１に記載の車両の電源システム。
11. 前記入力部はナビゲーションシステムを含んで構成される、請求項１０に記載の車両の電源システム。
12. 外部電源からの電力によって外部充電が可能に構成された車両であって、
    充電可能な蓄電装置と、
    回転電機と、
    前記蓄電装置からの電力を用いて、前記回転電機を駆動することによって、前記車両の駆動力を発生するように構成された駆動装置と、
    前記外部電源からの電力を用いて、前記蓄電装置を充電するように構成された充電装置と、
    前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記蓄電装置に充電する必要充電量を、車両乗員からの次回走行経路指示に基づいて演算する、車両。

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