JP2011234471A - 車両用充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載負荷に接続されるインバータ（主機用インバータＩＶ１、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４）を流用して外部の電源装置との間で電力の授受を行なう場合、外部の電源装置のブレーカによって電力の授受が遮断されるおそれがあること。
【解決手段】外部の電源ＰＳとの電力の授受を行なう場合、電力の指令値が外部の電源装置とっての授受可能な電力量以下となるように、インバータ（主機用インバータＩＶ１、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４）を操作する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両の外部の電源装置に接続される授受電口を介して前記外部の電源装置との間で電力の授受を行なう車両用電源装置に関する。

この種の電源装置としては、車両の駆動輪にモータジェネレータが付与する動力を制御するために操作される走行用のインバータを介して外部の商用電源から供給される電力を車両内のバッテリに充電するものも提案されている。

特開２００７−３１８９７０号公報

ただし、例えば外部の商用電源が住宅に供給される電源である場合、住宅内の電源から車両に充電する電力が大きくなることで電力利用量を制限するために住宅内の電源装置に設けられるブレーカによって給電が遮断される事態が生じるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の外部の電源装置に接続される授受電口を介して前記外部の電源装置との間で電力の授受をより円滑に行なうことのできる車両用電源装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、およびその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、車両の外部の電源装置に接続される授受電口を介して前記外部の電源装置との間で電力の授受を行なう車両用電源装置において、前記車両は、蓄電手段を備え、前記授受電口と前記蓄電手段との間に介在する電力変換回路と、前記授受電口を前記電力変換回路に接続する電力授受用電気経路と、前記外部の電源装置の授受可能電力を設定する設定手段と、前記授受電口を介して授受される電力が前記授受可能電力以下となるように前記電力変換回路を操作する授受電力制限手段とを備えることを特徴とする。

上記発明では、授受電力制限手段を備えることで、ブレーカによる電力遮断等を回避することができ、ひいては車両の外部の電源装置に接続される授受電口を介して前記外部の電源装置との間で電力の授受を円滑に行なうことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電力変換回路は、前記外部の電源装置と１の授受電口とを接続する電気経路の全てに前記電力授受用電気経路を介して接続される電力変換回路を複数備え、前記授受電力制限手段は、２以上の電力変換回路を用いて前記授受電口を介した電力の授受を行なう際に、前記授受可能電力以下となるように前記２つ以上の電力変換回路を操作することを特徴とする。

上記２以上の電力変換回路を操作しつつ電力の授受を行なう場合、授受電口を介して授受される電力量は、２以上の電力変換回路の入力電力の総量または出力電力の総量となる。このため、たとえ１つの電力変換回路の入力電力や出力電力が過大でなくても、２以上の電力変換回路の入力電力の総量または出力電力の総量は過大となるおそれがある。この点、上記発明では、授受電力制限手段を備えることでこうした問題を回避することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記設定手段は、前記授受可能電力を予め定められた値に設定することを特徴とする。

商用電源等では、通常、その利用可能な上限が定まっていることが多い。上記発明では、この点に鑑み、授受可能電力を予め設定することで、設定手段を簡易に設計したり、設定手段の構成を簡素化したりすることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記設定手段は、前記車両の外部からの入力信号に基づき、前記外部の電源装置の授受可能電力量に関する情報を取得する取得手段を備えることを特徴とする。

上記発明では、取得手段を備えることで、外部の電源装置の授受可能電力量が様々である状況下においても、これに柔軟に対処することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記授受電口は、単相または３相のいずれにも対応可能なものであり、前記授受電口に電気的に接続される外部の電源装置が前記単相であるか３相であるかを識別する識別手段を更に備え、前記設定手段は、前記識別手段による識別結果が３相である場合の方が単相である場合よりも前記授受可能電力を大きく設定することを特徴とする。

単相電源よりも３相電源の方が授受可能電力量が大きい傾向がある。上記発明では、この点に鑑み、授受可能電力を単相電源と３相電源とで切り替える。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記車両は、前記授受電口を複数備え、前記設定手段は、１の授受電口毎に、外部の電源装置の授受可能電力を設定することを特徴とする。

外部の電源装置の授受可能電力量は、外部の電力装置が備える電力授受用の電気経路の仕様に依存することが多い。このことは、外部の電源装置の授受電口の複数を用いる場合、外部の電源装置の授受可能電力量の総量が増加することを意味する。そして、外部の電源装置の互いに相違する授受電口には、車両側の互いに相違する授受電口が接続されると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、車両側の１の授受電口毎に、外部の電源装置の授受可能電力量を設定する。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、前記車両は、駆動輪に機械的に連結される走行用回転機と、前記駆動輪に前記走行用回転機が付与する動力を制御するために操作される走行用電力変換回路と、前記走行用回転機以外の車載電気負荷としての車載補機と、該車載補機に電力を供給する蓄電手段と、前記車載補機および前記蓄電手段間に介在する補機用電力変換回路とを備え、前記電力授受用電気経路を介して前記授受電口に電気的に接続される電力変換回路は、前記補機用電力変換回路を備えることを特徴とする。

上記発明では、授受電口を介して外部の電源との間で電力の授受を行なうに際し、補機用電力変換回路を流用することで、部品点数を低減することができる。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる電力変換回路の回路構成を示す回路図。 同実施形態にかかる充電処理を示す回路図。 同実施形態にかかる単相および３相の識別処理を示す流れ図。 同実施形態にかかるインバータの選択利用のための機能を示すブロック図。 同実施形態にかかる車両の充電処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる電力消費量の最小化処理を示す図。 同実施形態にかかる電力制限の処理手順を示す流れ図。 第２の実施形態にかかる電力変換回路の回路構成を示す回路図。 第３の実施形態にかかるシステム構成図。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる車両用電源装置をパラレルハイブリッド車に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される高電圧バッテリ１０は、車載高電圧システムを構成するものであり、その端子電圧が高圧（例えば百Ｖ以上）となるものである。高電圧バッテリ１０には、負荷として、主機ユニット２０、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、および空調ユニット５０が接続されている。詳しくは、高電圧バッテリ１０の一方の端子（ここでは、正極を例示）には、リレーＲＭを介して負荷が接続されており、他方の端子（ここでは、負極を例示）には、高抵抗側リレーＲＭＨおよび抵抗体１２と低抵抗側リレーＲＭＬとの並列接続体を介して負荷が接続されている。

上記主機ユニット２０は、車載主機としてのモータジェネレータ（ＭＧ）と、インバータ（ＩＶ）と、電子制御装置（ＥＣＵ）とを備えてモータジェネレータの制御量を制御するための制御システムである。なお、主機としてのモータジェネレータの回転軸の一方の端部には、内燃機関１８の出力軸（クランク軸）が直結されており、他方の端部には、変速装置１４を介して駆動輪１６が機械的に連結されている。

同様に、電動パワーステアリングユニット３０は、ユーザの操舵角の変位をアシストするためのモータジェネレータ（ＭＧ）と、インバータ（ＩＶ）と、電子制御装置（ＥＣＵ）とを備えてモータジェネレータの制御量を制御するための制御システムである。また、電動ファンユニット４０は、内燃機関１８の冷却水を冷却するためのファンを回転させるモータジェネレータ（ＭＧ）と、インバータ（ＩＶ）と、電子制御装置（ＥＣＵ）とを備えてモータジェネレータの制御量を制御するための制御システムである。さらに、空調ユニット５０は、圧縮機に回転エネルギを付与するためのモータジェネレータ（ＭＧ）と、インバータ（ＩＶ）と、電子制御装置（ＥＣＵ）とを備えてモータジェネレータの制御量を制御するための制御システムである。

車両制御ＥＣＵ６０は、上記主機ユニット２０や、内燃機関１８、変速装置１４等を操作することで、車両の運転を制御する電子制御装置である。一方、充電制御装置７０は、電圧センサ１３によって検出される高電圧バッテリ１０の電圧等に基づく高電圧バッテリ１０の充電量の制御等、車両内の電力制御を行なう電子制御装置である。なお、これら車両制御ＥＣＵ６０や充電制御装置７０は、車載高電圧システムから絶縁された車載低電圧システムを構成しており、端子電圧が低い（例えば数Ｖ〜十数Ｖ）低電圧バッテリ６２を直接の電源とする。この低電圧バッテリ６２は、高電圧バッテリ１０の電圧を降圧するＤＣＤＣコンバータ６４の出力電圧が印加されることで、高電圧バッテリ１０を電力供給源とするものである。ちなみに、図１では、高電圧システムを２点鎖線で囲ってある。ただし、主機ユニット２０、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、および空調ユニット５０のＥＣＵについては、低電圧システム内に搭載することが望ましい。

上記充電制御装置７０は、住宅等の外部の電源装置から供給される電力（商用電源の電力等）を高電圧バッテリ１０に充電する制御等、外部の電源装置との間での電力の授受を、主機ユニット２０や、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、および空調ユニット５０の備えるインバータを操作することで行なう機能を有する。ここで、主機ユニット２０や、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、空調ユニット５０の備えるインバータと、車両の外部の電源装置とは、プラグＰＧを介して電気的に接続される。本実施形態では、このプラグＰＧとして、車両および外部の電源装置のいずれからも切り離し可能な、車両内と車両外とを電気的に接続するインターフェースを想定している。ただし、このプラグＰＧを車両の一部（車両に対して着脱不可能）としたり、外部の電源装置の一部（外部の電源装置に対して着脱不可能）としてもよい。

図２に、上記主機ユニット２０、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、空調ユニット５０等の一部を備える電力変換回路の構成を示す。

図示されるように、主機ユニット２０の備える主機用インバータＩＶ１、電動パワーステアリングユニット３０の備えるパワステ用インバータＩＶ２、電動ファンユニット４０の備えるファン用インバータＩＶ３、および空調ユニット５０の備える空調用インバータＩＶ４は、いずれも高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐと低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎとの直列接続体を３対備えている。また、高電位側のスイッチング素子Ｓｗｐには逆並列にフリーホイールダイオードＦｄｐが接続されており、低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎには逆並列にフリーホイールダイオードＦｄｎが接続されている。なお、図２では、スイッチング素子Ｓｗｐ，Ｓｗｎとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を例示した。

ここで、主機用インバータＩＶ１の入力端子にはコンデンサ２２が接続されており、出力端子には、主機用モータジェネレータ２４が接続されている。また、パワステ用インバータＩＶ２の入力端子にはコンデンサ３２が接続されており、出力端子には、パワステ用モータジェネレータ３４が接続されている。また、ファン用インバータＩＶ３の入力端子にはコンデンサ４２が接続されており、出力端子には、ファン用モータジェネレータ４４が接続されている。さらに、空調用インバータＩＶ４の入力端子にはコンデンサ５２が接続されており、出力端子には、空調用モータジェネレータ５４が接続されている。

上記主機用インバータＩＶ１の定格出力Ｒｏｔ１は、パワステ用インバータＩＶ２の定格出力Ｒｏｔ２、ファン用インバータＩＶ３の定格出力Ｒｏｔ３、空調用インバータＩＶ４の定格出力Ｒｏｔ４のいずれよりも大きく設定されている。

上記主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２、ファン用インバータＩＶ３および空調用インバータＩＶ４の出力端子のそれぞれは、電力授受用電気経路ＣＬを介して互いに並列接続され、車両の外部との電気的な接続を司る授受電口（コネクタＣ１）に接続されている。このコネクタＣ１には、プラグＰＧが接続可能である。プラグＰＧの他方の端部は、商用電源等の供給装置としての住宅内の電源ＰＳと外部との接続を司る授受電口（コネクタＣ２）に接続される。上記プラグＰＧは、フィルタ８０を備えている。なお、本実施形態では、フィルタ８０としてＬＣ回路を例示している。また、図２では、電源ＰＳとして、単相電源を例示しているが、本実施形態における車両自体は３相電源への対応も可能な設定を想定しているため、コネクタＣ１は、３つの端子を備えている。なお、電力授受用電気経路ＣＬのそれぞれには、エネルギを蓄える充電用リアクトルＬが設けられている。

上記主機用インバータＩＶ１の出力端子および電力授受用電気経路ＣＬの接続点のそれぞれと主機用モータジェネレータ２４との間には、この間を電気的に開閉する負荷用リレーＲＤが設けられている。また、上記パワステ用インバータＩＶ２の出力端子および電力授受用電気経路ＣＬの接続点のそれぞれとパワステ用モータジェネレータ３４との間には、この間を電気的に開閉する負荷用リレーＲＤが設けられている。また、上記ファン用インバータＩＶ３の出力端子および電力授受用電気経路ＣＬの接続点のそれぞれとファン用モータジェネレータ４４との間には、この間を電気的に開閉する負荷用リレーＲＤが設けられている。さらに、上記空調用インバータＩＶ４の出力端子および電力授受用電気経路ＣＬの接続点のそれぞれと空調用モータジェネレータ５４との間には、この間を電気的に開閉する負荷用リレーＲＤが設けられている。ここで、負荷用リレーＲＤは、外部の電源装置と車両との間で電力の授受がなされる際にこの電力が上記主機用モータジェネレータ２４や、パワステ用モータジェネレータ３４、ファン用モータジェネレータ４４、空調用モータジェネレータ５４に流れ込むことを阻止するためのものである。

一方、電力授受用電気経路ＣＬには、主機用インバータＩＶ１の出力端子との間を開閉する電力授受用リレーＲＣが設けられている。また、電力授受用電気経路ＣＬには、パワステ用インバータＩＶ２の出力端子との間を開閉する電力授受用リレーＲＣが設けられている。さらに、電力授受用電気経路ＣＬには、ファン用インバータＩＶ３の出力端子との間を開閉する電力授受用リレーＲＣが設けられている。加えて、電力授受用電気経路ＣＬには、空調用インバータＩＶ４の出力端子との間を開閉する電力授受用リレーＲＣが設けられている。ここで、電力授受用リレーＲＣは、主機用インバータＩＶ１や、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３、空調用インバータＩＶ４が外部の電源装置との間で電力の授受を行なうことができる態勢が整っていない場合に、外部の電源装置とこれらインバータとが電気的に接続される事態を回避するためのものである。

なお、負荷用リレーＲＤや電力授受用リレーＲＣの上述した目的は、充電制御装置７０によって適宜、負荷用リレーＲＤや電力授受用リレーＲＣを開閉操作することで達成される。

コネクタＣ１の３つの端子のうちの１つと残りの２つのそれぞれとの間には、この間の電位差を検出する電圧センサ８２，８４が設けられている。上記充電制御装置７０は、電圧センサ８２，８４の出力等に基づき、電源ＰＳから供給される電力を高電圧バッテリ１０に充電する制御を行なう。

図３に、本実施形態にかかる充電制御の態様を示す。なお、図３では、空調用インバータＩＶ４を用いて単相電源から電力が供給される場合を例にとって説明する。

図３（ａ）および図３（ｂ）は、Ｗ相の電位よりもＶ相の電位の方が高い場合を例示している。この場合、図３（ａ）に示されるように、Ｖ相の低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎをオン状態とすることで、電源ＰＳ、充電用リアクトルＬ、Ｖ相のスイッチング素子Ｓｗｎ、Ｗ相のフリーホイールダイオードＦｄｎ、および充電用リアクトルＬを備えるループ回路を電流が流れ、充電用リアクトルＬにエネルギが蓄積される。その後、図３（ｂ）に示されるように、Ｖ相のスイッチング素子Ｓｗｎをオフ操作することで、電源ＰＳ、充電用リアクトルＬ、Ｖ相のフリーホイールダイオードＦｄｐ、コンデンサ５２、Ｗ相のフリーホイールダイオードＦｄｎ、および充電用リアクトルＬを備えるループ回路を電流が流れ、コンデンサ５２が充電され、ひいてはこれに並列接続される高電圧バッテリ１０が充電される。

一方、図３（ｃ）および図３（ｄ）は、Ｖ相の電位よりもＷ相の電位の方が高い場合を例示している。この場合、図３（ｃ）に示されるように、Ｗ相の低電位側のスイッチング素子Ｓｗｎをオン状態とすることで、電源ＰＳ、充電用リアクトルＬ、Ｗ相のスイッチング素子Ｓｗｎ、Ｖ相のフリーホイールダイオードＦｄｎ、および充電用リアクトルＬを備えるループ回路を電流が流れ、充電用リアクトルＬにエネルギが蓄積される。その後、図３（ｄ）に示すように、Ｗ相のスイッチング素子Ｓｗｎをオフ操作することで、電源ＰＳ、充電用リアクトルＬ、Ｗ相のフリーホイールダイオードＦｄｐ、コンデンサ５２、Ｖ相のフリーホイールダイオードＦｄｎ、および充電用リアクトルＬを備えるループ回路を電流が流れ、コンデンサ５２が充電され、ひいてはこれに並列接続される高電圧バッテリ１０が充電される。

上記充電処理における主機用インバータＩＶ１や、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４の操作は、実際には、電力の供給源が単相電源である場合と３相電源である場合とで相違する。これは、充電制御装置７０に、単相電源と３相電源とを識別する機能を搭載することで可能となっている。図４に、この識別処理の手順を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、電圧センサ８２，８４の出力に基づき、コネクタＣ１に電圧の入力があるか否かを判断する。そして、電圧の入力があると判断される場合、ステップＳ１２において、その電圧に基づき単相入力であるか否かを判断する。そして、単相入力であると判断される場合、ステップＳ１４において、主機用インバータＩＶ１や、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４を単相時の操作手法にて操作する。これに対し、３相入力であると判断される場合、ステップＳ１６において、主機用インバータＩＶ１や、パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４を３相時の操作手法にて操作する。

ところで、本実施形態では、外部の電源装置との電力の授受に際して、主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２、ファン用インバータＩＶ３，および空調用インバータＩＶ４の中から使用するものを適宜選択する。以下、この選択処理について詳述する。

図５に、上記選択処理を行なうための構成を示す。

図示されるように、主機ユニット２０、電動パワーステアリングユニット３０、電動ファンユニット４０、および空調ユニット５０のそれぞれの備えるＥＣＵは、次の情報やデータを有している。

まず第１に、それぞれの備えるインバータが外部の電源装置との電力の授受に利用可能か否かを示すフラグ（利用可能フラグ）を有している。第２に、入力電力に対する出力電力の比である効率に関する情報を有している。第３に、それぞれの備えるインバータに要求される機能安全レベルのカテゴリを示すカテゴリレベル情報を有している。ここで、利用可能レベルは、インバータの使用状況や温度等に基づき設定される。すなわち、例えば空調要求がある場合には、空調用インバータＩＶ４は利用可能ではないとされる。また例えば、主機用インバータＩＶ１の温度が過度に高い場合には、主機用インバータＩＶ１は利用可能ではないとされる。また、要求される機能安全レベルは、異常が生じることを回避する要求が強いほど高いものであり、レベルＢが最高となっている。図では、主機用インバータＩＶ１とパワステ用インバータＩＶ２との機能安全レベルがレベルＢで最高となっている。これは、主機用インバータＩＶ１とパワステ用インバータＩＶ２とが、車両の変位にかかわる電子機器を駆動するものであることに鑑みたものである。これに対し、ファン用インバータＩＶ３や空調用インバータＩＶ４は、車両の内部空間の状態（温度）を調節するための電子機器を駆動するものであるため、これに対して要求される機能安全レベルは、車両の変位にかかわる電子機器を駆動するものよりも低いレベルＡに設定される。

充電制御装置７０は、上記各ＥＣＵの有する上記データや情報に基づき、外部の電源装置との電力の授受に際して、主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２、ファン用インバータＩＶ３，および空調用インバータＩＶ４の中から１又は複数のインバータを選択して操作する処理を行なう。なお、上記効率に関する情報等がＥＣＵ側に記憶されているのは、充電制御装置７０に汎用性を持たせるためである。すなわち、こうした設定によれば、主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２、ファン用インバータＩＶ３，および空調用インバータＩＶ４の少なくとも１つの仕様が変更されたとしても、充電制御装置７０を変更することなく上記選択に関する処理を行なうことが可能となる。

図６に、本実施形態において外部の電源装置から供給される電力を高電圧バッテリ１０に充電する際の処理の手順を示す。この処理は、充電制御装置７０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ２０において、給電指令量を取り込む。給電指令量は、高電圧バッテリ１０の状態等に基づき設定されるものである。すなわち、例えば高電圧バッテリ１０が満充電に近づくことで充電電力を低下させる要求がある場合には、給電指令量は、充電初期よりも後期において低下される。続くステップＳ２２においては、出力可能量をデフォルト値に設定する。ここで、デフォルト値は、外部の電源装置が単相であるか３相であるかに応じて可変設定される。図では、日本国の設定を例示し、単相の場合には、コネクタＣ１に印加される電圧の実効値が「１００Ｖ」であるか「２００Ｖ」であるかに応じて「１５００Ｗ」、「３０００Ｗ」をそれぞれ設定する。また、３相の場合には、外部電源の設定によって異なるものの、一般に「１５００Ｗ」以上の規定値（望ましくは「３０００Ｗ」またはそれ以上の値）に設定する。

続くステップＳ２４においては、利用可能フラグとカテゴリレベル情報を取得する。そして、ステップＳ２６では、利用可能なインバータに、機能安全レベルがレベルＡであるものがあるか否かを判断する。この処理は、機能安全レベルの低いものを優先的に利用するためのものである。そして、ステップＳ２６において肯定判断される場合、ステップＳ２８において、レベルＡの利用可能なインバータの効率情報を取得する。そして、ステップＳ３０では、レベルＡの利用可能なインバータの最大出力の合計が給電指令量以上となるか否かを判断する。この処理は、レベルＡの利用可能なインバータのみを用いて給電指令量を賄うことができるか否かを判断するためのものである。

そしてステップＳ３０において肯定判断される場合、ステップＳ３２において、レベルＡのインバータのそれぞれに対し、出力電力の指令値を割り振る。ここで、出力電力の指令値は、図７に示すように、各インバータの入力電力の総量に対する出力電力の総量の比を最大化するように設定する。図７では、空調用インバータＩＶ４の出力電力Ｘ１とファン用インバータＩＶ３の出力電力Ｘ２との和が給電指令量となるもののうち、そのときの空調用インバータＩＶ４の入力電力ｆ１（Ｘ１）とファン用インバータＩＶ３の入力電力ｆ２（Ｘ２）との和が最小となるもの（出力電力Ｐ１，Ｐ２）が選択されることが示されている。ちなみに、出力電力Ｐ１，Ｐ２のいずれか一方がゼロとなることもありうる。

一方、先の図６のステップＳ３０において否定判断される場合、ステップＳ３４において、レベルＡの各インバータの出力電力の指令値をそれぞれの最大出力に設定する。続くステップＳ３６では、上記ステップＳ２０において設定された給電指令量から、ステップＳ３４によって設定された指令値の合計を減算した残り（不足分）を、給電指令量として再設定する。

上記ステップＳ３６の処理が完了する場合や、上記ステップＳ２６において否定判断される場合には、ステップＳ３８に移行する。ステップＳ３８においては、利用可能なインバータにレベルＢのものがあるか否かを判断する。そしてステップＳ３８において肯定判断される場合、ステップＳ４０において、レベルＢの利用可能なインバータの効率情報を取得する。続くステップＳ４２では、レベルＢの利用可能なインバータの最大出力の合計が給電指令量以上となるか否かを判断する。この処理は、給電指令量を賄うことができるか否かを判断するためのものである。そしてステップＳ４２において肯定判断される場合、ステップＳ４４において、レベルＢの利用可能なインバータのそれぞれに対し、出力電力の指令値を割り振る。ここでは、レベルＢの利用可能なインバータの入力電力の総量に対する出力電力の総量の比を最大化するように設定する。この処理は、上記ステップＳ３２と同様の処理である。

一方、ステップＳ３８、Ｓ４２において否定判断される場合には、ステップＳ４６においてエラーを出力する。この処理は、例えば、給電指令量を設定する手段に、給電指令量を満たすことができない旨を出力する処理とすればよい。これにより、給電指令量を設定する手段によって、給電指令量を再設定することができる。なお、例えばユーザの要求によって給電指令量が設定される場合、給電指令量を満たすことができない旨を車両の外部に通知してもよい。

上記ステップＳ３２、Ｓ４４の処理が完了する場合、ステップＳ４８において、コネクタＣ１への入力電力（各インバータへの入力電力総量）が上記ステップＳ２２において設定された給電可能量に収まるかチェックする処理を行なう。

なお、上記ステップＳ４４〜Ｓ４８の処理が完了する場合、この一連の処理を一旦終了する。

図８に、上記ステップＳ４８の処理の詳細を示す。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、総入力電力量を算出する。ここで、先の図７に示した処理において初めてステップＳ４８に移行する場合、総給電電力は給電指令量となっているものの、インバータの入力電力と出力電力とが一致しないため、総入力電力は総給電電力に一致しない。したがって、ここでは、上記効率に関する情報に基づき、各インバータへの最終的な出力指令量から最終的な入力量を算出し、これらを加算する処理を行なう。そして、こうして算出された総入力電力量は、ステップＳ５２において、コネクタＣ１からの入力可能量以下であるか否か検討される。

そして、総入力電力量が入力可能量を上回ると判断された場合、ステップＳ５４において、出力電力指令値がゼロではないインバータのうち要求される機能安全レベルがレベルＢであるものがあるか否かを判断する。この処理は、要求される機能安全レベルの高いインバータの出力電力を優先的に低減するためのものである。そして、レベルＢのものがあると判断される場合、ステップＳ５６において、レベルＢのインバータＩＶの出力指令値を低減する処理を行なう。ここでは、レベルＢのインバータの出力指令値が所定量減少補正される。なお、ここでの減少補正は、補正後のレベルＢのインバータの入力電力の総量に対する出力電力の総量の比が最大となるようにして行なうことが望ましい。

一方、上記ステップＳ５４においてレベルＢがない旨判断される場合、ステップＳ５８において、出力電力指令値がゼロではないインバータのうち要求される機能安全レベルがレベルＡであるものがあるか否かを判断する。そして、レベルＡのものがあると判断される場合、ステップＳ６０において、レベルＡのインバータの出力電力指令値を低減する処理を行なう。ここでは、レベルＡのインバータの出力指令値が所定量減少補正される。なお、ここでの減少補正は、補正後のインバータのレベルＡの入力電力の総量に対する出力電力の総量の比が最大となるようにして行なうことが望ましい。

上記ステップＳ５６やステップＳ６０の処理が完了する場合、ステップＳ５０に戻る。なお、上記ステップＳ５２において肯定判断される場合や、ステップＳ５８において否定判断される場合には、先の図６のステップＳ４８の処理を一旦終了する。

なお、図８に示す処理によって、最終的な給電量が給電指令量に満たなくなる場合、上記ステップＳ４６の処理と同様の処理を併せ行なうことが望ましい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）コネクタＣ１を介して授受される電力が入力可能量以下となるようにインバータ（主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４）を操作した。これにより、外部の電源装置において、ブレーカによる電力遮断等を回避することができる。

（２）入力可能量を、デフォルト値に設定した。これにより、入力可能量の設定手段を簡易に設計したり、設定手段の構成を簡素化したりすることができる。

（３）コネクタＣ１に接続される外部の電源装置が３相である場合の方が単相である場合よりも入力可能量を大きく設定した。これにより、外部の電源装置に応じて入力可能量を適切に設定することができる。

（４）主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，空調用インバータＩＶ４を電力授受用電気経路ＣＬを介してコネクタＣ１に接続して且つ、外部の電源装置との間で電力の授受を行なうに際し、これらのうち利用可能なものの中から機能安全レベルの低いものを優先的に利用した。これにより、外部の電源装置との電力の授受に利用可能なインバータの最大数が複数であるため、外部の電源装置との電力の授受に際しての扱う電力量の最大値を大きくしたり、様々な要求要素を満たす上で適切なインバータを選択したりすることができる。

（５）車両の内部空間の状態を調節するための電子機器に接続される空間状態調節用電力変換回路（ファン用インバータＩＶ３、空調用インバータＩＶ４）に要求される機能安全レベルが最も低いとした。これにより、外部の電源装置との電力の授受に起因して車両の変位にかかわる回転機（主機用モータジェネレータ２４、パワステ用モータジェネレータ３４）の劣化が促進される事態を好適に抑制することができる。

（６）主機用インバータＩＶ１，パワステ用インバータＩＶ２，ファン用インバータＩＶ３，および空調用インバータＩＶ４のそれぞれの入力端子に共通に高電圧バッテリ１０を接続した。このようにこれらインバータの直接の電源を車両内で最も容量の大きい高電圧バッテリ１０とすることで、外部の電源装置との間で電力の授受を行なうに際し、放電電力や充電電力を大きくすることができる。

（７）利用可能なレベルＡのインバータが複数ある場合、これらの入力電力総量に対する出力電力総量の比が最大となるように出力指令値を設定した。これにより、電力の利用効率を高めることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図９に、本実施形態にかかる電力変換回路を示す。なお、図９において、先の図２に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、車両の外部との電気的な接続を司る授受電口（コネクタＣ１）を２つ備えている。図では、一対のコネクタＣ１のうちの一方に、空調用インバータＩＶ４およびファン用インバータＩＶ３が並列接続され、他方に、パワステ用インバータＩＶ２が接続されている。

ここで、本実施形態では、これら一対のコネクタＣ１のそれぞれ毎に、各別に入力可能量を設定する。これは、通常、各別のコネクタＣ１を各別の電源ＰＳ１，ＰＳ２とみなせることによる。すなわち、これらが１の住宅内の電源であったとしても、各別のプラグＰＧ１，ＰＧ２に接続されるコネクタＣ２は互いに相違する。そして各別のコネクタＣ２に接続される配線等は、それぞれ定格容量等が定まっているため、コネクタＣ２毎にそれぞれ固有の入力可能量１，２を設定することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（８）コネクタＣ１を複数備え、１のコネクタＣ１毎に、外部の電源装置からの入力可能量を各別に設定した。これにより、コネクタＣ１の複数が外部の電源装置に接続される場合であっても、車両の外部から入力される電力の総量を適切に設定することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１０に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図１０において、先の図１に示した部材に対応する部材については、便宜上同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態では、充電制御装置７０が車両の外部と通信することで、入力可能量に関する情報を取得する。これは、例えば住宅内に備えられる電源装置と通信することで実現することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（７）の各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（８）車両の外部からの入力信号に基づき、外部の電源装置からの入力可能量に関する情報を取得した。これにより、外部の電源装置の入力可能量が様々である状況下においても、これに柔軟に対処することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
＜授受電力制御手段について＞
授受電口を介して授受される電力が授受可能電力以下となるように電力変換回路を操作する授受電力制限手段としては、先の図８に例示するロジックを備えるものに限らない。例えば先の図６に示す処理において、給電指令量を取得後、これを入力可能量によってガード処理するものであってもよい。
＜授受可能電力について＞
授受可能電力のデフォルト値としては、単相電源の場合に１５００Ｗまたは３０００Ｗに限らない。例えば、安全を見越して単相電源の場合には一律１５００Ｗに設定してもよい。
＜外部との電力授受用のインバータに接続される負荷の種類と機能安全レベルについて＞
機能安全レベルの定義としては、主機ユニット２０のインバータと電動パワーステアリングユニット３０のインバータとを同一とするものに限らない。例えば主機ユニット２０のインバータの機能安全レベルの方が電動パワーステアリングユニット３０のインバータよりも機能安全レベルが高いとしてもよい。こうした設定は、パワステ用モータジェネレータ３４のアシストがない状態での操舵角の操作がユーザの操舵操作に際してのフィーリングを損なうのみで操舵操作自体に支障がない場合等に特に有効である。

外部との電力授受用のインバータとしては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、車載操舵角を変位させるための回転機に接続されるインバータとして、パワステ用インバータＩＶ２に代えて、例えばステアリングバイワイヤシステムに搭載される回転機のインバータを用いてもよい。

また、本発明をシリーズハイブリッド車に適用する場合、内燃機関の動力を用いて発電するための回転機に接続されるインバータを用いてもよい。この場合であっても、機能安全レベルは、車両の内部空間の状態を調節するための電子機器に接続される電力変換回路よりは機能安全レベルが高いとすることが望ましい。

さらに、空調用インバータＩＶ４の機能安全レベルよりもファン用インバータＩＶ３の機能安全レベルの方が高いとしてもよい。これは、ファン用モータジェネレータ４４が内燃機関１８の温度を間接的に調節するためのものであるため、車両の駆動力の生成に間接的にかかわる回転機であるのに対し、空調用モータジェネレータ５４は、車室内の快適性を向上させるためのものに過ぎないためである。なお、空調用インバータＩＶ４に限らず、車室内の快適性を向上させる電子機器を駆動するための電力変換回路に要求される機能安全レベルが最も低く設定されることが望ましい。
＜最大効率制御手段について＞
最大効率制御手段としては、機能安全レベルが同一であるものが複数ある場合にこれらの入力電力総量に対する出力電力総量の比を最大化するものに限らない。例えば、電力の授受に用いる電力変換回路に機能安全レベルの相違するものが含まれる場合、それらの入力電力総量に対する出力電力総量の比を最大化するものであってもよい。
＜電力変換回路について＞
電力変換回路としては、３相回転機に接続される３相インバータ等、直流電源の電力を交流電力に変換する直流交流変換回路に限らない。例えばブラシ付ＤＣモータに接続されるものであってもよい。これは、通常、ブラシ付ＤＣモータの各端子のそれぞれを直流電源の正極に接続する高電位側のスイッチング素子および負極に接続する低電位側のスイッチング素子を備えている。ただし、こうした電力変換回路は、通常、ブラシ付ＤＣモータの各端子のそれぞれに接続される高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子とが１つずつとなる。このため、３相入力に対応する場合には、ブラシ付ＤＣモータの各端子のそれぞれに接続される高電位側のスイッチング素子と低電位側のスイッチング素子を複数とするなどすることが望ましい。

また、その出力端子が回転機に接続されるものにも限らない。例えば、高電圧バッテリ１０に並列接続される高電位側のスイッチング素子および低電位側のスイッチング素子と、これらスイッチング素子の接続点がリアクトルを介してコンデンサに接続される降圧コンバータであってもよい。この場合、リアクトルとコンデンサとの間に電力授受用電気経路ＣＬを接続することで、充電処理のためにリアクトルを別途設ける必要が生じない。

さらに、電力変換回路としては、車載低電圧システムから絶縁された車載高電圧システムを構成するものに限らない。例えば車載低電圧システムを構成する電力変換回路であってもよい。ただし、通常、低電圧バッテリ６２の容量が小さいため、外部から車両への充電電力供給量が所定値以上となる場合、充電処理中に、低電圧バッテリ６２の電圧を昇圧して高電圧バッテリ１０に印加するコンバータを駆動して高電圧バッテリ１０に充電電力を供給するようにすることが望ましい。

なお、電力変換回路を構成するスイッチング素子としては、ＩＧＢＴに限らず、例えば電界効果トランジスタ等であってもよい。
＜電力変換回路の利用手法について＞
外部の電源装置との電力の授受のための電力変換回路の利用手法としては、１の授受電口（コネクタＣ１）に接続される電力授受用電気経路ＣＬの全てを１の電力変換回路に接続するものに限らない。例えば上記特許文献１に例示されているように、一対のインバータのそれぞれに接続される３相回転機の中性点のそれぞれにコネクタＣ１の各別の端子が接続されるものであってもよい。なお、この場合、電力授受用電気経路が３相回転機のコイルを備える構成となる。
＜単相または３相の識別手段について＞
単相または３相の識別手段としては、外部からの入力電圧の検出信号に基づき行なうものに限らない。例えば、車両のコネクタＣ１に差し込まれる部材の数をセンシングするセンサの検出値に基づき行なうものであってもよい。これは、３つの電力授受用電気経路ＣＬのそれぞれに対応した部材が差し込まれるか否かに応じて電気的なオン・オフが切り替わる手段によって構成することができる。こうした手段として最も簡易なものは、３相のみに存在する部材が差し込まれることでオンとされるスイッチがある。
＜電力授受用開閉器について＞
電力授受用開閉器としては、電力授受用電気経路ＣＬのそれぞれに対応して設けられる３つの電力授受用リレーＲＣに限らない。例えば、電力授受用電気経路ＣＬが単相のみを想定して２つの電気経路のみを備える構成において、これら２つの経路のいずれか一方に対応する経路に接続される電力授受用リレーＲＣのみを設けるようにしてもよい。この場合であっても、電力授受用リレーＲＣの開操作によって、電力授受用電気経路ＣＬと空調用インバータＩＶ４等の負荷との間を開ループ状態とすることはできる。
＜負荷用開閉器について＞
負荷用開閉器としては、電力授受用電気経路ＣＬのそれぞれに対応して設けられる３つの負荷用リレーＲＤに限らない。例えば、電力授受用電気経路ＣＬが単相のみを想定して２つの電気経路のみを備える構成において、これら２つの経路のいずれか一方に対応する経路を開閉する負荷用リレーＲＤのみを設けるようにしてもよい。

また、負荷用開閉器を設けなくてもよい。この場合、充電用リアクトルＬに代えて、負荷のリアクトル（例えば空調用モータジェネレータ５４のリアクトル）を用いて充電処理を行ってもよい。
＜そのほか＞
・充電用リアクトルＬを、電力授受用電気経路ＣＬの全てに設ける代わりに、例えば、いずれか２つの経路または１つの経路に設けてもよい。

・授受電口（コネクタＣ１）の数を１個または２個とするものに限らず、３個以上としてもよい。

・１組の電力授受用電気経路ＣＬの全てに１の電力変換回路を接続する場合のこの補機用電力変換回路の数としては、４個、２個または１個に限らず、３個であってもよく、また５個以上であってもよい。

・先の図２等において、高電圧バッテリ１０と主機用インバータＩＶ１との間に昇圧コンバータを介在させてもよい。

・車両としては、パラレルハイブリッド車に限らず、例えばシリーズハイブリッド車やパラレル・シリーズハイブリッド車等であってもよい。もっともハイブリッド車に限らず、例えば車載主機として回転機のみを備える電気自動車等であってもよい。

・電力の授受としては、外部の電源装置から車両への電力の供給に限らず、車両から外部の電源装置への電力の供給であってもよい。

・車両制御ＥＣＵ６０による高電圧バッテリ１０の充放電制御としては、その両端の電圧に基づき行われるものに限らない。例えば、高電圧バッテリ１０が電池セルの直列接続体としての組電池であるなら、所定個数ずつの電池セルの状態の各検出値に基づき高電圧バッテリ１０の充放電制御を行ってもよい。

１０…高電圧バッテリ、２４…主機用モータジェネレータ（走行用回転機の一実施形態）、ＩＶ１…主機用インバータ（走行用電力変換回路の一実施形態）、ＩＶ４…空調用インバータ（補機用電力変換回路の一実施形態）、ＲＣ…電力授受用リレー（電力授受用開閉器の一実施形態）、ＲＤ…補機用リレー（補機用開閉器の一実施形態）、ＣＬ…電力授受用電気経路、Ｃ１…コネクタ（授受電口の一実施形態）。

Claims (7)

1. 車両の外部の電源装置に接続される授受電口を介して前記外部の電源装置との間で電力の授受を行なう車両用電源装置において、
   前記車両は、蓄電手段を備え、
   前記授受電口と前記蓄電手段との間に介在する電力変換回路と、
   前記授受電口を前記電力変換回路に接続する電力授受用電気経路と、
   前記外部の電源装置の授受可能電力を設定する設定手段と、
   前記授受電口を介して授受される電力が前記授受可能電力以下となるように前記電力変換回路を操作する授受電力制限手段とを備えることを特徴とする車両用充電装置。
2. 前記電力変換回路は、前記外部の電源装置と１の授受電口とを接続する電気経路の全てに前記電力授受用電気経路を介して接続される電力変換回路を複数備え、
   前記授受電力制限手段は、２以上の電力変換回路を用いて前記授受電口を介した電力の授受を行なう際に、前記授受可能電力以下となるように前記２つ以上の電力変換回路を操作することを特徴とする請求項１記載の車両用充電装置。
3. 前記設定手段は、前記授受可能電力を予め定められた値に設定することを特徴とする請求項１または２記載の車両用充電装置。
4. 前記設定手段は、前記車両の外部からの入力信号に基づき、前記外部の電源装置の授受可能電力量に関する情報を取得する取得手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の車両用充電装置。
5. 前記授受電口は、単相または３相のいずれにも対応可能なものであり、
   前記授受電口に電気的に接続される外部の電源装置が前記単相であるか３相であるかを識別する識別手段を更に備え、
   前記設定手段は、前記識別手段による識別結果が３相である場合の方が単相である場合よりも前記授受可能電力を大きく設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用充電装置。
6. 前記車両は、前記授受電口を複数備え、
   前記設定手段は、１の授受電口毎に、外部の電源装置の授受可能電力を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用充電装置。
7. 前記車両は、駆動輪に機械的に連結される走行用回転機と、前記駆動輪に前記走行用回転機が付与する動力を制御するために操作される走行用電力変換回路と、前記走行用回転機以外の車載電気負荷としての車載補機と、該車載補機に電力を供給する蓄電手段と、前記車載補機および前記蓄電手段間に介在する補機用電力変換回路とを備え、
   前記電力授受用電気経路を介して前記授受電口に電気的に接続される電力変換回路は、前記補機用電力変換回路を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両用充電装置。

Images