JP2015208152A - 車両の充電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部から供給される電力の状態に変動が生じても、充電が継続される可能性を高めた車両の充電装置を提供する。【解決手段】車両の充電装置は、充電インレット6と、充電インレット6から受ける交流電力を直流に変換するAC−DC変換器10と、AC−DC変換器10によって変換された直流電力を平滑化するコンデンサ14と、コンデンサ14の電圧を変換して高圧バッテリ36および補機負荷34の少なくとも一方に供給するDC−DC変換部115と、DC−DC変換部115を制御する充電ECU30とを備える。充電ECU30は、充電インレット6に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、DC−DC変換部115から高圧バッテリ36および補機負荷34の少なくとも一方への出力電流を低減させる。【選択図】図5

Description

この発明は、車両の充電装置に関し、特に、車両外部から車載の蓄電装置に充電が可能に構成された車両の充電装置に関する。
電気自動車や、プラグインハイブリッド自動車は、車両外から車載のバッテリに充電が可能に構成されている。特開2011−015520号公報(特許文献1)は、車両の充電システムを開示する。この車両の充電システムは、バッテリが搭載された車両と、外部電源と、外部電源および車両を接続する充電ケーブルを含んで構成される。車両は、充電口(充電インレット)と、メインバッテリと、補機バッテリと、メインバッテリおよび充電口の間に設けられた充電器とを含む。
特開2011−015520号公報 特開2011−072088号公報
充電器の内部では、AC−DC変換器によって車両外部から与えられた交流電力が直流電力に変換される。直流電力は、コンデンサによって平滑化される。特開2011−015520号公報(特許文献1)に開示された技術では外部から供給される電力はコンデンサによって平滑化できる程度に安定であることが前提となっている。
しかし、車両外部から与えられる交流電力は、さまざまな種類のものが考えられる。例えば、屋外に設置される発電機からの電力や、電源の供給が安定しない国などの商用電源からの電力の場合は、入力電源電圧や電源周波数が変動する可能性がある。電源電圧が低下したり、電源周波数が低くなったりすると、直流に変換されたコンデンサの電圧が低下し、充電器が充電を停止することが考えられる。充電器が充電を停止すると、予定されていた距離を車両が走行することができない可能性がある。また、車両の蓄電装置を、非常用の電源として利用する場合もあり、このような場合に備えて、少しでも多くの電力が蓄電装置に充電されることが好ましい。
この発明は、上記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、外部から供給される電力の状態、たとえば電源電圧または電源周波数に変動が生じても、充電を継続できる車両の充電装置を提供することである。
この発明は、車両の充電装置であって、充電口と、充電口から受ける交流電力を直流に変換するAC−DC変換部と、AC−DC変換部によって変換された直流電力を平滑化するコンデンサと、コンデンサの電圧を変換して蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方に供給するDC−DC変換部と、DC−DC変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、DC−DC変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。
ここで、「充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化」する場合とは、「充電口に車両外部から供給される交流電力の周波数が所定のしきい値よりも低く」なる場合と、「充電口に車両外部から供給される交流電力の電圧が所定のしきい値よりも低く」なる場合と、「平滑化するコンデンサの電圧が所定のしきい値よりも低く」なる場合とを含む。
上記の構成によれば、充電口に車両外部から供給される電力の状態が良くない場合、たとえば、電圧が低下したり、周波数が変動したりした場合であっても、直ちに給電が停止されるのではなく、小電力であっても蓄電装置への充電または補機負荷への電力供給が継続できる可能性が高まる。
好ましくは、車両の充電装置は、充電口に外部から供給される交流電力の周波数を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した周波数が所定のしきい値より低い場合には、DC−DC変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。
上記の構成によれば、外部から供給される交流電力の周波数が低下した場合に、出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。
好ましくは、車両の充電装置は、充電口に外部から供給される交流電力の電圧を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、DC−DC変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。
上記の構成によれば、外部から供給される交流電力の電圧が低下した場合に、出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。
好ましくは、車両の充電装置は、コンデンサの電圧を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、DC−DC変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。
外部から供給される交流電力の電圧が低下した場合や周波数が低下した場合などには、コンデンサの電圧が低下する。したがって、コンデンサの電圧低下を検出して出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。
好ましくは、DC−DC変換部は、コンデンサの電圧を変換して蓄電装置に供給する第1DC−DC変換器と、コンデンサの電圧を変換して補機負荷に供給する第2DC−DC変換器とを含む。制御部は、第2DC−DC変換器が起動中の時には、第2DC−DC変換器を停止させることによってDC−DC変換部から補機負荷への出力電流を低減させ、制御部は、第2DC−DC変換器が停止中の時には、第1DC−DC変換器の出力電流を低減することによってDC−DC変換部から蓄電装置への出力電流を低減させる。
上記の構成によれば、外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化した場合に、補機負荷に電力を供給中であれば補機負荷への電力供給を停止させて蓄電装置への充電を継続させる一方で、補機負荷に電力を供給中でなければ蓄電装置への充電電力を減らしつつ、蓄電装置への充電を継続させることができる。
本発明によれば、外部から供給される電力の状態が悪い場合でも、蓄電装置への充電や補機負荷への電力供給が中断されない可能性が高くなる。このため、走行可能距離が予定より短かくなったり、補機負荷が使えなくなったりすることが発生しにくくなる。
実施の形態1の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。 外部電源から与えられる電力の状態が悪化する例を説明するための図である。 実施の形態1において充電ECU30が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態1の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。 実施の形態2において充電ECU30が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態2の変形例の制御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返さない。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。図1を参照して、車両の充電装置1は、充電インレット6と、電源センサ7とを含む。
充電インレット6には充電コネクタ4が接続され、外部電源2から充電ケーブル3を経由して交流電力が供給される。電源センサ7は、車両外部から供給された交流電力の電圧VAC及び周波数fACを検出する。
車両の充電装置1は、さらに、入力フィルタ8と、AC−DC変換器10と、電圧センサー12と、平滑コンデンサ14と、DC−DC変換部15と、出力フィルタ18と、充電ECU30とを含む。DC−DC変換部15は、メインDC−DC変換器16を含む。
入力フィルタ8は、外部電源2から入力される交流電力からノイズ成分を除去するとともに、外部電源2に車両からノイズを漏洩させないようにする。AC−DC変換器10は、充電インレット6から受ける交流電力を直流に変換するとともに昇圧を行なう。コンデンサ14は、AC−DC変換器10によって変換された直流電力を平滑化する。メインDC−DC変換器16は、コンデンサ14の電圧をたとえば200V程度の充電電圧に変換して出力フィルタ18を経由して高圧バッテリ36に供給する。出力フィルタ18は、メインDC−DC変換器16のスイッチングノイズなどを除去する。高圧バッテリ36はシステムメインリレー38によってモータなどを含む車両駆動装置40に接続される。
外部電源2から与えられる交流電力は、さまざまな種類のものが考えられる。例えば、屋外に設置される太陽光発電、風力発電、エンジン発電などの発電機からの電力や、電源の供給が安定しない国などの商用電源からの電力の場合は、入力電源電圧VACや電源周波数fACが変動する可能性がある。
図2は、外部電源から与えられる電力の状態が悪化する例を説明するための図である。図2を参照して、上段に示すように、周波数が予定されている値よりも小さい場合には、整流波形の谷部分が拡大し、平滑コンデンサ14では谷部分の十分な補完ができなくなる。したがって、入力電圧VHが整流波形の山部分と補完できない谷部分で上下に変動するので、メインDC−DC変換器16は動作を停止してしまう。
また、下段に示すように、電圧が予定されている値よりも低い場合には、AC−DC変換器10が目標電圧まで昇圧しきれずに、電圧VHが全体的に低下し必要な電圧VHが得られなくなってしまう。この場合にも、メインDC−DC変換器16は動作を停止してしまう。
すなわち、電源電圧VACが低下したり、電源周波数fACが低くなったりすると、直流に変換されたコンデンサの電圧VHが低下または変動し、充電装置1が充電を正常に継続できなくなる可能性がある。
しかし、そのような場合に直ちに充電装置1の動作を停止させるのでは、高圧バッテリ36の充電不足によって、車両が予定されていた距離を走行することができない可能性がある。また、高圧バッテリ36を、車両外部に給電するための非常用の電源として利用する場合もあり、このような場合に備えて、少しでも多くの電力を高圧バッテリ36に充電することが好ましい。
そこで、本実施の形態においては、充電ECU30は、充電インレット6に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、DC−DC変換部15から高圧バッテリ36への出力電流を低減させる。出力電流の低減は、たとえば、メインDC−DC変換器16のスイッチングのデューティー比を下げることによって制御できる。そのように制御することによって、電圧VHの低下が緩和されるので、充電装置1が高圧バッテリ36への充電を継続させることが可能となる。
図3は、実施の形態1において充電ECU30が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図1、図3を参照して、ステップS1において、電力を制限しない通常充電が実行される。そして、ステップS2おいて、電圧VHがしきい値よりも低下したか否かが判断される。電圧VHがしきい値よりも低下していない場合には(ステップS2でNO)、ステップS3に処理が進められ、充電ECU30は、現在の状態の充電を継続させる。
一方、電圧VHがしきい値よりも低下した場合には(ステップS2でYES)、ステップS4に処理が進められ、充電ECU30は、高圧バッテリ36への充電電流を低減する。充電電流を低減するために、充電ECU30は、メインDC−DC変換器16のスイッチングのデューティー比を低下させる。
続いて、ステップS5において、充電ECU30は、低減させた後の電力がメインDC−DC変換器16の出力可能な最小電力以下となったか否かを判断する。低減させた後の電力がまだ最小電力以下になっていない場合には(ステップS5でNO)、再びステップS2に処理が戻される。一方、最小電力以下になった場合には(ステップS5でYES)、ステップS6に処理が進められる。ステップS6では、高圧バッテリ36への充電が停止され、ステップS7で処理が終了となる。
図4は、実施の形態1の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。図3に示した例では、電圧VHを観測することによって外部から供給される電源の品質劣化を検出したが、図4に示す例では、充電インレット6に設けられた電源センサ7で電源の品質劣化を検出する。
図1、図4を参照して、充電ECU30は、ステップS21において、電圧VACがしきい値よりも低い、または、周波数fACがしきい値よりも低い、という条件が成立したか否かを判断する。この条件が成立しない場合には(ステップS21でNO)、ステップS25に処理が進められ、通常通りの充電(電力を制限しない充電)が実行される。一方、この条件が成立した場合には(ステップS21でYES)、ステップS22に処理が進められる。
ステップS22では、高圧バッテリ36への充電電流が低減される。充電電流を低減するために、充電ECU30は、メインDC−DC変換器16のスイッチングのデューティー比を低下させる。
続いて、ステップS23において、充電ECU30は、電圧VHがしきい値よりも低下しているか否かを判断される。電圧VHがしきい値よりも低下していない場合には(ステップS2でNO)、ステップS25に処理が進められ、充電電力が低減された状態で充電が実行される。
一方、電圧VHがしきい値よりも低下している場合には(ステップS23でYES)、ステップS24に処理が進められ、高圧バッテリ36への充電は停止される。
図4で示すように、外部から与えられる電力の電圧や周波数を検出した結果から充電電流を低減するか否かを決めてもよい。この場合でも、バッテリへの充電が継続される可能性が高まる。
[実施の形態2]
実施の形態1では、充電装置が高圧バッテリ36のみに電力を供給する場合について説明した。しかし、高圧バッテリ36の充電中に補機バッテリへの充電が行なわれたり、一部の補機負荷への電力供給が行なわれたりする場合もある。実施の形態2ではそのような場合における制御について説明する。
図5は、実施の形態2の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。図5に示す車両の充電装置100は、図1に示した充電装置1の構成において、DC−DC変換部15に代えてDC−DC変換部115を含む。DC−DC変換部115は、コンデンサ14の電圧を変換して高圧バッテリ36および補機負荷34の少なくとも一方に供給することが可能に構成されている。具体的には、DC−DC変換部115は、互いに独立に制御可能な、メインDC−DC変換器16と、サブDC−DC変換器20とを含む。
メインDC−DC変換器16は、コンデンサ14の電圧を充電電圧に変換して出力フィルタ18を経由して高圧バッテリ36に供給する。サブDC−DC変換器20は、コンデンサ14の電圧を変換して補機バッテリ32および補機負荷34に供給する。
充電装置100の他の構成は、図1に示した充電装置1と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。
このような構成では、補機負荷34への電力供給を制限することにより、電圧VHの低下が防止され高圧バッテリ36への充電を継続することができる場合がある。
そこで、充電ECU30は、充電インレット6に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、DC−DC変換部115から補機負荷34への出力電流を低減させる。
具体的には、充電ECU30は、サブDC−DC変換器20が起動中の時には、サブDC−DC変換器20を停止させることによってDC−DC変換部115から補機負荷34への出力電流を低減させ、充電ECU30は、サブDC−DC変換器20が停止中の時には、メインDC−DC変換器16の出力電流を低減することによってDC−DC変換部115から高圧バッテリ36への出力電流を低減させる。これにより、電圧VHの低下を防止することができる。
また、このような構成では、補機バッテリ32の電圧が放電によって著しく低下しているような場合には、高圧バッテリ36の充電よりも補機バッテリ32への充電を優先させて、車両のシステムを制御するECUなどの電源を確保する必要がある。
そこで、充電ECU30は、補機バッテリ32の電圧が下限しきい値以下の場合には、サブDC−DC変換器20を停止させるよりも、高圧バッテリ36への充電電流を低減することによって、電圧VHの低下を防止し、補機バッテリ32に対して充電を行なう。
図6は、実施の形態2において充電ECU30が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図6に示すフローチャートの処理は、図3に示したフローチャートの処理に加えて、ステップS101〜S103の処理が追加されている。ステップS1〜S7の処理については、図3で説明しているのでここでは説明は繰り返さない。
ステップS2においてVH<しきい値が成立した場合(ステップS2でYES)、ステップS101に処理が進められ、充電ECU30は、サブDC−DC変換器20が電力出力中であるか否かを判断する。サブDC−DC変換器20が電力出力中である場合には(ステップS101でYES)、ステップS102に処理が進められる。一方、サブDC−DC変換器20が電力出力中でない場合には(ステップS101でNO)、ステップS4に処理が進められ、高圧バッテリ36への充電電流が低減される。
ステップS102では、充電ECU30は、補機バッテリ32の電圧が下限値以下であるか否かを判断する。補機バッテリ32の電圧が下限値以下でない場合には(ステップS102でNO)、ステップS103において充電ECU30はサブDC−DC変換器20の動作を停止させる。これにより消費電力が低減し、電圧VHの低下が防止される可能性があるので、ステップS2に処理が戻され、電圧VHの判定が再び実行される。
一方、補機バッテリ32の電圧が下限値以下である場合には(ステップS102でYES)、ステップS4に処理が進められ、高圧バッテリ36への充電電流が低減される。
図7は、実施の形態2の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。図6に示した例では、電圧VHを観測することによって外部から供給される電源の品質劣化を検出したが、図7に示す例では、充電インレット6に設けられた電源センサ7で電源の品質劣化を検出する。
なお、図7に示すフローチャートの処理は、図4に示したフローチャート処理に加えて、ステップS111〜S113の処理が追加されている。ステップS21〜S26の処理については、図4で説明しているのでここでは説明は繰り返さない。
図7を参照して、ステップS21において電圧VACまたは周波数fACについての条件が成立した場合(ステップS21でYES)、ステップS111に処理が進められ、充電ECU30は、サブDC−DC変換器20が電力出力中であるか否かを判断する。サブDC−DC変換器20が電力出力中である場合には(ステップS111でYES)、ステップS112に処理が進められる。一方、サブDC−DC変換器20が電力出力中でない場合には(ステップS111でNO)、ステップS22に処理が進められ、高圧バッテリ36への充電電流が低減される。
ステップS112では、充電ECU30は、補機バッテリ32の電圧が下限値以下であるか否かを判断する。補機バッテリ32の電圧が下限値以下でない場合には(ステップS112でNO)、ステップS113において充電ECU30はサブDC−DC変換器20の動作を停止させる。これにより消費電力が低減し、電圧VHの低下が防止される可能性があるので、ステップS23に処理が進められ、電圧VHの判定が実行される。
一方、補機バッテリ32の電圧が下限値以下である場合には(ステップS112でYES)、ステップS22に処理が進められ、高圧バッテリ36への充電電流が低減される。
実施の形態2では、外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化した場合に、補機負荷34に電力を供給中であれば原則として補機負荷34への電力供給を停止させることによって電圧VHの低下を防止して高圧バッテリ36への充電を継続させることができる。また、補機負荷34に電力を供給中でなければ高圧バッテリ36への充電電力を減らして電圧VHの低下を抑制して、高圧バッテリ36への充電を継続させることができる。
また、補機バッテリ32の電圧が下限値以下になった場合には、補機バッテリ32の充電が優先されるので、ECUの電源が得られなくなることによって車両の制御システムが起動できなくなることを避けることができる。
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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。
1,100 充電装置、2 外部電源、3 充電ケーブル、4 充電コネクタ、6 充電インレット、7 電源センサ、8 入力フィルタ、10 AC−DC変換器、12 電圧センサー、14 平滑コンデンサ、15,115 DC−DC変換部、16 メインDC−DC変換器、18 出力フィルタ、20 サブDC−DC変換器、30 充電ECU、32 補機バッテリ、34 補機負荷、36 高圧バッテリ、38 システムメインリレー、40 車両駆動装置。

Claims (5)

  1. 充電口と、
    前記充電口から受ける交流電力を直流に変換するAC−DC変換部と、
    前記AC−DC変換部によって変換された直流電力を平滑化するコンデンサと、
    前記コンデンサの電圧を変換して蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方に供給するDC−DC変換部と、
    前記DC−DC変換部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、前記DC−DC変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、車両の充電装置。
  2. 前記充電口に外部から供給される交流電力の周波数を検知する検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記検知部が検知した周波数が所定のしきい値より低い場合には、前記DC−DC変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項1に記載の車両の充電装置。
  3. 前記充電口に外部から供給される交流電力の電圧を検知する検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、前記DC−DC変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項1に記載の車両の充電装置。
  4. 前記コンデンサの電圧を検知する検知部をさらに備え、
    前記制御部は、前記検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、前記DC−DC変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項1に記載の車両の充電装置。
  5. 前記DC−DC変換部は、
    前記コンデンサの電圧を変換して前記蓄電装置に供給する第1DC−DC変換器と、
    前記コンデンサの電圧を変換して前記補機負荷に供給する第2DC−DC変換器とを含み、
    前記制御部は、前記第2DC−DC変換器が起動中の時には、前記第2DC−DC変換器を停止させることによって前記DC−DC変換部から前記補機負荷への出力電流を低減させ、
    前記制御部は、前記第2DC−DC変換器が停止中の時には、前記第1DC−DC変換器の出力電流を低減することによって前記DC−DC変換部から前記蓄電装置への出力電流を低減させる、請求項1に記載の車両の充電装置。
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