JP2022141340A - 電動車両および電動車両の充電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両において、充電効率の低下を抑制可能な外部充電を行う。【解決手段】出力電圧取得部７０１は、外部充電設備８０から受信した情報から、外部充電設備８０の最大出力電圧Ｖｃを取得する。上限電圧演算部４０２は、バッテリ１０の充電終了時の端子間電圧であるバッテリ電圧ＶＢｕを算出する。切換部７０４は、比較部７０４から受信した比較結果が、Ｖｃ≧ＶＢｕのとき、ＤＣインレットと電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように、Ｖｃ＜ＶＢｕのとき、ＤＣインレットとバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換える。【選択図】図４

Description

本開示は、電動車両に関し、特に、外部電源から充電可能な蓄電池を備えた電動車両、および電動車両の充電制御方法に関する。

近年、外部電源から供給される電力により充電可能な蓄電装置を搭載した、電気自動車やプラグインハイブリッド車などの電動車両が普及している。以下、外部電源から供給される電力により蓄電装置を充電することを、「外部充電」とも称する。

たとえば、特開２０１９－０４７６７７号公報（特許文献１）には、外部電源である外部充電器（充電スタンド等）から出力される最高電圧に応じて、昇圧装置を用いた蓄電装置の充電を行うことが開示されている。

特許文献１に開示された電動車両には、超高電圧（たとえば８００Ｖ）の蓄装置が搭載されている。そして、充電スタンドから出力される電力の最高電圧Ｖｍａｘを所定の基準電圧Ｖｒｅｆと比較し、最高電圧Ｖｍａｘが基準電圧Ｖｒｅｆ以下である場合、外部充電モードを高圧充電モードに設定し、最高電圧Ｖｍａｘが基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合、外部充電モードを超高圧充電モードに設定する。

外部充電モードが高圧充電モードである場合は、充電スタンドから供給された高電圧を昇圧装置で超高電圧（８００Ｖ）に昇圧して蓄電装置を充電する。外部充電モードが超高圧充電モードである場合は、充電スタンドから供給された超高電圧（８００Ｖ）を、昇圧装置を介することなく、蓄電装置に充電する。

特開２０１９－０４７６７７号公報

電動車両に搭載された蓄電装置の端子間電圧は、蓄電装置のＳＯＣ（State of Charge）によって変動し、一般的に、ＳＯＣが小さくなると、端子間電圧は低下する。特許文献１に開示された電動車両では、基準電圧Ｖｒｅｆが固定値（特許文献１では、たとえば５００Ｖ）とされている。このため、蓄電装置のＳＯＣが小さく、その端子間電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより小さい場合であっても、充電スタンドの最高電圧Ｖｍａｘが基準電圧Ｖｒｅｆ以下であるときには、高圧充電モードが設定され、昇圧装置によって昇圧された電力が蓄電装置に充電される。このように、特許文献１の電動車両では、昇圧装置を用いなくても蓄電装置を充電可能な場合に、昇圧装置を作動して蓄電装置を充電する場合がある。昇圧装置による昇圧動作には損失が伴うので、昇圧装置を作動して充電を行うと充電効率が低下する可能性がある。

本開示は、外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両において、充電効率の低下を抑制可能な外部充電を行うことを目的とする。

本開示の電動車両は、外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両である。電動車両は、外部電源から供給される電力を昇圧して蓄電装置へ供給する昇圧装置と、外部電源から供給される電力を、昇圧装置を迂回して、蓄電装置へ供給するバイパス経路と、蓄電装置の充電を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、外部電源から供給される電力の最大電圧が、蓄電装置の充電終了時の端子間電圧より低い場合、昇圧装置を用いて蓄電装置を充電し、最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高い場合、バイパス経路を用いて蓄電装置を充電するよう構成されている。

この構成によれば、外部電源から供給される電力の最大電圧が、蓄電装置の充電終了時の端子間電圧より高く、昇圧装置による昇圧を実行しなくとも蓄電装置の充電が可能な場合は、バイパス経路を用いて蓄電装置が充電される。したがって、昇圧装置による損失が生じることなく、蓄電装置を充電でき、充電効率の低下を抑制できる。

制御装置は、バイパス経路を用いて蓄電装置を充電しているときに、最大電圧が蓄電装置の端子間電圧より低くなった場合、昇圧装置を用いて前記蓄電装置の充電を実行するよう構成されてもよい。

最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高く、昇圧装置を用いないで蓄電装置を充電しているとき、端子間電圧の変動等により、最大電圧が端子間電圧より低くなると、充電が行われない。この構成によれば、昇圧装置を用いないで蓄電装置を充電している際、外部電源から供給される電力の最大電圧が、蓄電装置の端子間電圧より低くなり、充電が行えなくなると、昇圧装置によって昇圧を行い蓄電装置の充電を行うので、蓄電装置の充電を確実に実行できる。

制御装置は、最大電圧が充電終了時の端子間電圧より低い場合であっても、最大電圧と充電終了時の端子間電圧の差が第１所定値より小さい場合は、バイパス経路を用いて蓄電装置を充電するよう構成されてもよい。

昇圧装置で昇圧を実行すると、その損失により充電効率が悪化し、充電時間が延びる可能性がある。外部電源から供給される電力の最大電圧が、蓄電装置の充電終了時の端子間電圧より低い場合であっても、最大電圧と充電終了時の端子間電圧の差が第１所定値より小さい場合には、昇圧装置を用いることなく充電を実行することにより、充電時間が延びることを抑制することが可能になる。

制御装置は、最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高い場合であっても、最大電圧と充電終了時の端子間電圧の差が第２所定値より小さい場合は、昇圧装置を用いて蓄電装置を充電するよう構成されてもよい。

最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高く、昇圧装置を用いないで蓄電装置を充電しているとき、端子間電圧の変動等により、最大電圧が端子間電圧より低くなると、充電が行われない、あるいは昇圧装置を用いた充電が開始され、当初予定していた充電時間が延びる、等、充電が不安定になる可能性がある。最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高い場合であっても、最大電圧と充電終了時の端子間電圧の差が第２所定値より小さい場合は、昇圧装置を用いて蓄電装置を充電することにより、充電電圧が端子間電圧より低くなる頻度を低減でき、安定的に充電を行える機会を拡大できる。

外部電源は直流電力を供給する外部充電設備であってよく、外部充電設備から供給される直流電力を昇圧装置に供給する経路と、外部充電設備から供給される直流電力をバイパス経路に供給する経路とに切り換える充電リレーを備え、制御装置が、外部充電設備から受信した情報に基づいて、外部電源から供給される電力の最大電圧を取得する出力電圧取得部と、蓄電装置の充電終了時のＳＯＣに基づいて、充電終了時の端子間電圧を算出する上限電圧演算部と、最大電圧と充電終了時の端子間電圧の大きさを比較する比較部と、比較部の比較結果に応じて、充電リレーを切り換える切換部と、を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、外部充電設備から受信した情報から取得した最大電圧と、充電終了時の蓄電装置のＳＯＣから求めた充電終了時の端子間電圧との比較結果に応じて、充電リレーを切り換えることにより、昇圧装置による損失が生じることなく、蓄電装置を充電でき、充電効率の低下を抑制できる。

本開示の充電制御方法は、外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両の充電制御方法であって、外部電源から供給される電力の最大電圧と蓄電装置の充電終了時の端子間電圧とを比較するステップと、最大電圧が充電終了時の端子間電圧より低いとき、昇圧装置で昇圧して蓄電装置を充電するステップと、最大電圧が充電終了時の端子間電圧より高いとき、昇圧装置で昇圧することなく記蓄電装置を充電するステップと、を含む。

この充電制御方法によれば、外部電源から供給される電力の最大電圧が、蓄電装置の充電終了時の端子間電圧より高く、昇圧装置を用いなくても蓄電装置の充電が可能な場合は、バイパス経路を用いて蓄電装置が充電される。したがって、昇圧装置による損失が生じることなく、蓄電装置を充電でき、充電効率の低下を抑制できる。

蓄電装置の充電終了時のＳＯＣに基づいて、充電終了時の端子間電圧を算出するステップを、さらに、含んでもよい。

蓄電装置の充電量は、充電時間、充電電力量、充電完了ＳＯＣ等によって、任意に設定可能である。蓄電装置の充電終了時の端子間電圧は、充電終了時のＳＯＣによって決まる。したがって、充電時間、充電電力量、充電完了ＳＯＣ等から、充電終了時のＳＯＣを求めることにより、充電終了時の端子間電圧を算出することができる。

本開示によれば、外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両において、充電効率の低下を抑制可能な外部充電を行うことができる。

本実施の形態に係る電動車両の全体構成図である。 最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合における、充電電力の流れを示した図である。 最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合に置ける、充電電力の流れを示した図である。 ＥＣＵ７０内に構成された機能ブロックを示す図である。 ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。 変形例１において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。 変形例２において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。 変形例３において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。 充電リレーの他の構成例を示す図である。

以下、本開示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。

図１は、本実施の形態に係る電動車両の全体構成図である。本実施の形態において、電動車両１００は、たとえば、電気自動車である。電動車両１００は、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）１と、回転電機であるモータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）２と、動力伝達ギヤ３と、駆動輪４と、蓄電装置の一例であるバッテリ１０と、監視ユニット１１と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）４０と、制御装置の一例である電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）７０とを備える。

ＭＧ２は、たとえば埋込構造永久磁石同期電動機（ＩＰＭモータ）であって、電動機（モータ）としての機能と発電機（ジェネレータ）としての機能を有する。ＭＧ２の出力トルクは、減速機および差動装置等を含んで構成された動力伝達ギヤ３を介して駆動輪４に伝達される。

電動車両１００の制動時には、駆動輪４によりＭＧ２が駆動され、ＭＧ２が発電機として動作する。これにより、ＭＧ２は、電動車両１００の運動エネルギーを電力に変換する回生制動を行なう制動装置としても機能する。ＭＧ２における回生制動力により生じた回生電力は、バッテリ１０に蓄えられる。

ＰＣＵ１は、ＭＧ２とバッテリ１０との間で双方向に電力を変換する電力変換装置である。ＰＣＵ１は、たとえば、ＥＣＵ７０からの制御信号に基づいて動作するインバータとコンバータとを含む。

コンバータは、バッテリ１０の放電時に、バッテリ１０から供給された電圧を昇圧してインバータに供給する。インバータは、コンバータから供給された直流電力を交流電力に変換してＭＧ２を駆動する。

一方、インバータは、バッテリ１０の充電時に、ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータに供給する。コンバータは、インバータから供給された電圧をバッテリ１０の充電に適した電圧に降圧してバッテリ１０に供給する。

また、ＰＣＵ１は、ＥＣＵ７０からの制御信号に基づいてインバータおよびコンバータの動作を停止することによって充放電を休止する。なお、ＰＣＵ１は、コンバータを省略した構成であってもよい。

ＳＭＲ４０は、バッテリ１０とＰＣＵ１とを結ぶ電力線ＰＬおよび電力線ＰＮに電気的に接続されている。ＳＭＲ４０がＥＣＵ７０からの制御信号に応じて閉成（ＯＮ）されている（すなわち、導通状態である）場合、バッテリ１０とＰＣＵ１との間で電力の授受が行なわれ得る。一方、ＳＭＲ４０がＥＣＵ７０からの制御信号に応じて開放（ＯＦＦ）されている（すなわち、遮断状態である）場合、バッテリ１０とＰＣＵ１との間の電気的な接続が遮断される。また、バッテリ１０の外部充電を行う場合、ＥＣＵ７０からの信号によりＳＭＲ４０が閉成（ＯＮ）される。

バッテリ１０は、ＭＧ２を駆動するための電力を蓄える。バッテリ１０は、再充電が可能な直流電源（二次電池）であり、複数個の単電池（電池セル）が積層され、たとえば、電気的に直列に接続されて構成される。単電池は、リチウムイオン電池であってよく、ニッケ水素電池であってもよい。また、バッテリ１０に代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電装置であってもよい。

監視ユニット１１は、図示しない、電圧センサと、電流センサと、温度センサとを含む。電圧センサは、バッテリ１０の端子間の電圧ＶＢを検出する。電流センサは、バッテリ１０に入出力される電流ＩＢを検出する。温度センサは、バッテリ１０の温度ＴＢを検出する。各センサは、その検出結果をＥＣＵ７０に出力する。

電動車両１００はＤＣインレット３１を備えており、バッテリ１０は、充電設備である外部の直流（ＤＣ）電源から急速充電が可能とされている。ＤＣインレット３１は、外部ＤＣ電源（外部充電設備）８０の充電ケーブルの先端に設けられたコネクタ８１が接続可能に構成される。

充電リレー３０は、ＤＣインレット３１と、昇圧装置である昇圧コンバータ（ＤＣＤＣコンバータ）２０とを結ぶ電力線Ｌａと電力線Ｎａに電気的に接続されている。充電リレー３０は、たとえば、ｃ接点リレー３０ａおよびｃ接点リレー３０ｂを含み、電力線Ｌａに接続されるｃ接点リレー３０ａは、昇圧コンバータ２０を迂回して電力線ＰＬに接続されるバイパス電力線Ｌｂに接続され、電力線Ｎａに接続されるｃ接点リレー３０ｂは、昇圧コンバータ２０を迂回して電力線ＰＮに接続されるバイパス電力線Ｎｂに接続される。充電リレー３０は、ＥＣＵ７０からの制御信号に応じて、ＤＣインレット３１と昇圧コンバータ２０との間で、電力経路を切り換える。充電リレー３０が、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように切り換えられると、昇圧コンバータ２０によって昇圧した電力が、電力線ＰＬおよび電力線ＰＮを介してバッテリ１０に供給されバッテリ１０を充電する。充電リレー３０が、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように切り換えられると、外部充電設備８０から供給される電力を昇圧コンバータ２０で昇圧することなく、すなわち、外部充電設備８０から供給される電力が直接バッテリ１０に供給され、バッテリ１０を充電する。

昇圧コンバータ２０は、たとえば、非絶縁型の昇圧コンバータであり、電力線Ｌａおよび電力線Ｎａに供給された電力（直流電力）を昇圧して、電力線ＰＬおよび電力線ＰＮに出力（直流電力）する。なお、昇圧コンバータ２０は、絶縁型の昇圧コンバータであってもよい。

外部充電設備８０は、系統電源（たとえば商用電源）の交流電力を直流電力に変換し、充電ケーブルを介してコネクタ８１から、電動車両１００へ充電電力を出力するよう構成されている。外部充電設備８０には、操作パネル８２が設けられており、外部充電設備８０に対する各種操作が可能となっている。

外部充電設備８０のコネクタ８１がＤＣインレット３１に接続されると、電力線の他に、図示しない信号線が接続され、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信、および／または、ＰＬＣ（Power Line Communication）通信により、外部充電設備８０とＥＣＵ７０の間で通信が可能になる。

ＨＭＩ装置９０は、電動車両１００の運転を支援するための情報をユーザに提供する装置である。ＨＭＩ装置９０は、代表的には、室内に設けられたディスプレイであり、スピーカ等も含む。また、ＨＭＩ装置９０は、ユーザが操作可能なタッチパネルとしても作動し、ユーザは、タッチパネルに触れることによって、たとえば、バッテリ１０の充電開始時間や充電量等の充電要求情報を入力することができる。

ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（たとえば、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む）とを含む。ＥＣＵ７０は、監視ユニット１１から受ける信号、図示しない各種センサからの信号（たとえば、アクセル開度信号、車速信号、等）、メモリに記憶されたマップおよびプログラム等の情報に基づいて、電動車両１００が所望の状態となるように各機器を制御する。また、ＥＣＵ７０は、監視ユニット１１からのバッテリ１０の入出力電流および／または電圧の検出値に基づいてバッテリ１０の蓄電量を示すＳＯＣを算出する。ＳＯＣは、たとえば、バッテリ１０の満充電容量に対する現在の蓄電量を百分率で表した値である。

本実施の形態において、バッテリ１０の端子間電圧（定格電圧、あるいは、公称電圧）は、たとえば６００Ｖである。充電インフラとしての外部充電設備８０の仕様は、国際規格等で定められているが、その最大出力電圧は、各種の仕様が混在している。たとえば、最大出力電圧が４００Ｖの外部充電設備を用いて、本実施の形態のバッテリ１０を充電する場合、従来（特許文献１に記載された技術）、昇圧コンバータ２０によって、外部充電設備から供給される４００Ｖの電力を６００Ｖまで昇圧して、バッテリ１０を充電していた。また、最大出力電圧が８００Ｖの外部充電設備を用いて、本実施の形態のバッテリ１０を充電する場合、従来、昇圧コンバータ２０による昇圧を行うことなく、バッテリ１０を充電している。

昇圧コンバータ２０の昇圧動作には、スイッチング損失や導通損失等の損失が伴うので、外部充電設備８０から供給される４００Ｖの電力を６００Ｖまで昇圧して充電を行うと、充電効率が低下する。バッテリ１０の端子間電圧は、ＳＯＣによって変動し、ＳＯＣが小さくなると、端子間電圧は低下する。このため、充電終了時のＳＯＣの値が小さい場合、充電終了時におけるバッテリ１０の端子間電圧が４００Ｖ以下になる状態もある。したがって、最大出力電圧が４００Ｖの充電設備を用いた外部充電を行う際、充電終了時におけるバッテリ１０の端子間電圧によっては、昇圧コンバータ２０の昇圧機能を用いることなく、バッテリ１０の充電が可能な場合もある。

本実施の形態では、バッテリ１０の充電終了時のＳＯＣから、バッテリ１０の充電終了時の端子間電圧であるバッテリ電圧ＶＢｕを求め、外部充電設備８０の最大出力電圧Ｖｃと比較する。そして、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合、昇圧コンバータ２０を用いて、外部充電設備８０の最大出力電圧Ｖｃを昇圧して、バッテリ１０を充電する。また、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合、昇圧コンバータ２０による昇圧を行うことなく、バッテリ１０を充電する。

図２は、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合における、充電電力の流れを示した図である。最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合、図２の矢印で示すように、充電リレー３０が、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように切り換えられ、昇圧コンバータ２０によって昇圧された電力がバッテリ１０に供給され、バッテリ１０が充電される。

図３は、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合における、充電電力の流れを示した図である。最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合、図３の矢印で示すように、充電リレー３０を、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように切り換える。これにより、昇圧コンバータ２０を迂回したバイパス経路（バイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂ）を用いて、外部充電設備８０から供給される電力を昇圧コンバータ２０で昇圧することなく、バッテリ１０を充電する。

図４は、ＥＣＵ７０内に構成された機能ブロックを示す図である。各機能ブロックは、ＥＣＵ７０のハードウェアおよびプログラムによるソフトウェアによる処理によって実現されている。出力電圧取得部７０１は、ＣＡＮ通信、および／または、ＰＬＣ通信により、外部充電設備８０から受信した情報から、外部充電設備８０の最大出力電圧Ｖｃを取得する。最大出力電圧Ｖｃは、外部充電設備８０から安定的に出力可能な最大電圧であって、たとえば、定格出力電圧であってよい。なお、最大出力電圧Ｖｃは、本開示の「最大電圧」に相当する。

上限電圧演算部７０２は、バッテリ１０の充電終了時の端子間電圧であるバッテリ電圧ＶＢｕを算出する。バッテリ１０の端子間電圧は、ＳＯＣによって変動し、ＳＯＣが大きくなると端子間電圧が上昇し、ＳＯＣが小さくなると端子間電圧が低下する。本実施の形態では、バッテリ１０の充電終了時のＳＯＣに基づいて、バッテリ電圧ＶＢｕを演算する。バッテリ１０の充電量は、ユーザによって任意に設定可能である。たとえば、ユーザは、バッテリ１０の充電量として、ＨＭＩ装置９０、あるいは操作パネル８２を操作することにより、充電時間、あるいは充電量（Ａｈ）を設定する場合がある。充電時間が設定されている場合、外部充電設備８０から出力される充電電流（Ａ）と充電時間から充電量（Ａｈ）を算出し、算出した充電量（Ａｈ）と充電開始時のバッテリ１０のＳＯＣから、充電終了時のＳＯＣを算出する。また、充電量（Ａｈ）が設定されている場合は、充電量（Ａｈ）と充電開始時のバッテリ１０のＳＯＣから、充電終了時のＳＯＣを算出する。

バッテリ１０の充電量が、ＨＭＩ装置９０の操作によって、充電完了時のＳＯＣとして設定されている場合は、充電完了時のＳＯＣをバッテリ１０の充電終了時のＳＯＣに用いることができる。上限電圧演算部７０２は、ＨＭＩ装置９０、あるいは操作パネル８２で設定された充電量に基づき、バッテリ１０の充電終了時のＳＯＣを取得し、ＳＯＣと端子間電圧の関係を表したマップから、バッテリ電圧ＶＢｕを求め、予め設定しておいてもよい。なお、ＳＯＣと端子間電圧の関係を表したマップは、予め実験等によって求め、メモリに記憶されている。

比較部７０３は、出力電圧取得部７０１で取得した最大出力電圧Ｖｃの大きさと、上限電圧演算部７０２で算出したバッテリ電圧ＶＢｕの大きさを比較し、比較結果を、切換部７０４およびコンバータ制御部７０５へ出力する。

切換部７０４は、比較部７０３から受信した比較結果に基づいて、充電リレー３０の切り換えを行う。最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合（Ｖｃ＜ＶＢｕ）、切換部７０４は、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換える（図２参照）。また、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以上の場合（Ｖｃ≧ＶＢｕ）、切換部７０４は、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換える（図３参照）。

コンバータ制御部７０５は、比較部から受信した比較結果が、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合（Ｖｃ＜ＶＢｕ）、バッテリ１０の充電開始と同時に、昇圧コンバータ２０を作動して昇圧を行う。

充電電流制御部７０６は、バッテリ１０の充電開始、充電終了等を制御する。たとえば、外部充電設備８０との相互認証が成立すると、外部充電設備８０に充電電力の出力要求を送信し、バッテリ１０の充電を開始する。また、充電開始後、設定した充電時間が経過したとき、あるいは、設定した充電量（Ａｈ）が充電されたとき、あるいは、バッテリ１０のＳＯＣが充電完了時のＳＯＣになったとき、外部充電設備８０に充電電力の停止要求を送信し、充電を終了する。

図５は、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。このフローチャートは、ＤＣインレット３１にコネクタ８１が接続されると実行される。ＤＣインレット３１にコネクタ８１が接続されると、まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０で、ＣＡＮ通信、および／または、ＰＬＣ通信により、外部充電設備８０から受信した情報から、外部充電設備８０の最大出力電圧Ｖｃを取得し、Ｓ１１へ進む。

Ｓ１１では、バッテリ１０の充電終了時のＳＯＣに基づき、ＳＯＣと端子間電圧の関係を表したマップから、バッテリ１０の充電終了時の端子間電圧であるバッテリ電圧ＶＢｕを算出する。なお、バッテリ１０の充電終了時のＳＯＣは、上述の通り、ユーザが設定した充電量（充電時間、充電量（Ａｈ）、充電完了時のＳＯＣ、等）に基づいて取得する。

続くＳ１２では、最大出力電圧Ｖｃの大きさとバッテリ電圧ＶＢｕの大きさとを比較する。最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以上の場合（Ｖｃ≧ＶＢｕ）、否定判定されＳ１３へ進む。Ｓ１３で、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換え（図３参照）、Ｓ１４へ進む。Ｓ１４では、外部充電設備８０に電力の出力要求を送信し、充電を開始したあと、Ｓ１７へ進む。

Ｓ１２において、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合（Ｖｃ＜ＶＢｕ）、肯定判定されＳ１５へ進む。Ｓ１５で、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換え（図２参照）、Ｓ１６へ進む。Ｓ１６では、外部充電設備８０に電力の出力要求を送信するとともに昇圧コンバータ２０を作動して昇圧を行い、充電を開始したあと、Ｓ１７へ進む。

Ｓ１７では、バッテリ１０の充電が終了したか否かを判定する。たとえば、ユーザによって、充電完了時のＳＯＣが設定されているときは、バッテリ１０のＳＯＣが充電完了時のＳＯＣになると、充電が終了したと判定する。充電時間が設定されているときは、充電開始後、設定した充電時間が経過したときに、充電が終了したと判定すればよく、充電量（Ａｈ）が設定されているときには、充電開始からの充電量が設定した充電量になったときに、充電が終了したと判定すればよい。バッテリ１０の充電が終了していないときは、充電が終了するまで充電を継続し、バッテリ１０の充電が終了すると、肯定判定されＳ１８へ進む。

Ｓ１８では、充電終了動作を実行したあと、今回のルーチンを終了する。充電終了動作は、たとえば、外部充電設備８０に充電電力の停止要求を送信し、外部充電設備８０からの電力供給を停止する。また、Ｓ１３で、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換えていた場合は、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換える。Ｓ１６で、昇圧コンバータ２０の作動を行っていた場合は、昇圧コンバータ２０の作動を停止する。

本実施の形態によれば、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以上の場合、昇圧コンバータ２０による昇圧を行うことなく、バッテリ１０を充電する。したがって、昇圧コンバータ２０の昇圧機能を用いることなくバッテリ１０の充電が可能な場合には、昇圧コンバータ２０を用いないで充電を行うので、昇圧コンバータ２０による損失が生じることなくバッテリ１０を充電でき、充電効率の低下を抑制できる。

なお、本実施の形態では、Ｓ１２において、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以上の場合（Ｖｃ≧ＶＢｕ）、Ｓ１３で、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換えていた。しかし、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合（Ｖｃ＞ＶＢｕ）、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換えもよい。この場合、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以下の場合（Ｖｃ≦ＶＢｕ）、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換える。

（変形例１）
バッテリ１０の端子間電圧ＶＢは、バッテリ１０の温度等によって変動する。たとえば、バッテリ１０の充電時、バッテリ１０の端子間電圧ＶＢは、温度の低下に伴い増大する傾向がある。このため、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高く、昇圧コンバータ２０を用いないでバッテリ１０を充電しているとき、温度等の影響により端子間電圧ＶＢが、マップから算出したバッテリ電圧ＶＢｕより高くなると、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなり、充電が行われない可能性がある。また、バッテリ１０の経年変化等により、バッテリ電圧ＶＢｕの算出精度が低下した場合、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高く、昇圧コンバータ２０を用いないでバッテリ１０を充電しているとき、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなり、充電が行われない可能性がある。変形例１では、昇圧コンバータ２０を用いないでバッテリ１０を充電している際に、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなっても、バッテリ１０の充電を可能とする。

図６は、変形例１において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。図６のフローチャートは、図５のフローチャートにＳ２０～Ｓ２２を追加したものであり、Ｓ１０～Ｓ１８は、図５のフローチャートと同じであるので、その説明を省略する。

図６において、Ｓ１４で、外部充電設備８０に電力の出力要求を送信し、充電を開始したあと、Ｓ２０へ進む。Ｓ２０では、バッテリ１０の充電が終了したか否かを判定する。Ｓ２０の処理は、Ｓ１７における処理と同一である。バッテリ１０の充電が終了し、Ｓ２０で肯定判定されとＳ１８へ進み、充電終了動作を実行したあと、今回のルーチンを終了する。バッテリ１０の充電が終了していない場合は、否定判定されＳ２１へ進む。

Ｓ２１では、監視ユニット１１の電流センサで検出した、バッテリ１０の端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより大きいか否かを判定する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃ以下である場合（ＶＢ≦Ｖｃ）、Ｓ２０に戻って、充電が終了するまで充電を継続する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより高い場合（ＶＢ＞Ｖｃ）、Ｓ２２へ進む。

Ｓ２２では、充電を中断する。具体的には、外部充電設備８０に充電電力の停止要求を送信し、外部充電設備８０からの電力供給を停止したあと、Ｓ１５へ進む。Ｓ１５では、Ｓ１５で、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換え（図２参照）、Ｓ１６へ進む。

この変形例１では、昇圧コンバータ２０を用いないでバッテリ１０を充電している際、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなると、Ｓ２１で肯定判定され、Ｓ２２へ進み充電を、一旦、中断する。そして、Ｓ１５で、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換え、昇圧コンバータ２０を用いて昇圧を行い、バッテリ１０の充電を再開し、Ｓ１７でバッテリ１０の充電が終了するまで充電を継続するので、バッテリ１０の充電を確実に実行できる。

（変形例２）
昇圧コンバータ２０を使用してバッテリ１０の充電を実行すると、昇圧コンバータ２０の損失により充電効率が悪化する。このため、ユーザが設定した、充電量（Ａｈ）あるいは充電完了ＳＯＣになるまで、昇圧コンバータ２０を用いてバッテリ１０の充電を継続した場合、充電時間が長くなる可能性がある。この場合、充電料が、充電時間によって課金される場合、充電量に対する充電料の単価が高額になる。変形例２では、充電料の単価が高額になることを抑制可能とする。

図７は、変形例２において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。図７のフローチャートは、図５のフローチャートにＳ３０～Ｓ３２を追加したものであり、Ｓ１０～Ｓ１８は、図５のフローチャートと同じであるので、その説明を省略する。

図７において、Ｓ１２で、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合（Ｖｃ＜ＶＢｕ）、肯定判定されＳ３０へ進む。Ｓ３０では、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕと最の差である「ＶＢｕ－Ｖｃ」が所定値αより小さいか否かを判定する。所定値αは、本開示の「第１所定値」に相当し、たとえば、バッテリ電圧ＶＢｕの５％の値になるよう設定されてもよい。「ＶＢｕ－Ｖｃ≧α」であり否定判定されるとＳ１５へ進み、「ＶＢｕ－Ｖｃ＜α」であり肯定判定されると、Ｓ１３へ進む。

このように、変形例２では、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合（Ｓ１２で肯定判定）であっても、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕの差が所定値αより小さい場合（Ｓ３０で肯定判定）は、Ｓ１３に進んで、ＤＣインレット３１とバイパス電力線Ｌｂおよびバイパス電力線Ｎｂを接続するように充電リレー３０を切り換え、昇圧コンバータ２０を迂回したバイパス経路を用いて、外部充電設備８０から供給される電力を昇圧コンバータ２０で昇圧することなく、バッテリ１０を充電する。

Ｓ３１では、バッテリ１０の充電が終了したか否かを判定する。Ｓ３１の処理は、Ｓ１７における処理と同一である。バッテリ１０の充電が終了し、Ｓ３１で肯定判定されとＳ１８へ進み、充電終了動作を実行したあと、今回のルーチンを終了する。バッテリ１０の充電が終了していない場合は、否定判定されＳ３２へ進む。

Ｓ３２では、監視ユニット１１の電流センサで検出した、バッテリ１０の端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより大きいか否かを判定する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃ以下である場合（ＶＢ≦Ｖｃ）、Ｓ３１に戻って、充電が終了するまで充電を継続する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより高い場合（ＶＢ＞Ｖｃ）、１８へ進み、充電終了動作を実行したあと、今回のルーチンを終了する。

この変形例２では、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより低い場合であっても、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕの差が所定値αより小さい場合は、昇圧コンバータ２０を迂回したバイパス経路を用いて、昇圧コンバータ２０で昇圧することなくバッテリ１０を充電する。そして、バッテリ１０の充電が進み、バッテリ１０の端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより高くなると、ユーザが設定した充電量（Ａｈ）あるいは充電完了ＳＯＣに至る前に、充電を終了する。したがって、ユーザの設定した充電量（Ａｈ）あるいは充電完了ＳＯＣをほぼ満足しつつ、昇圧コンバータ２０を使用したバッテリ１０の充電を行わないので、充電時間が長くなることを抑制でき、充電料の単価が高額になることを抑制できる。なお、ユーザが、所定値αの大きさを適宜設定できるようにしてもよい。これにより、端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより高くなり充電が終了した際のＳＯＣは、ユーザが、充電料金と比較考量して許容できる範囲の値になる。

なお、Ｓ１２とＳ３０の処理を統合して、「ＶＢｕ－Ｖｃ＞α」が成立する場合は、Ｓ３へ進み、「ＶＢｕ－Ｖｃ＞α」が成立しない場合（ＶＢｕ－Ｖｃ≦α）に、Ｓ１５へ進むようにしてもよい。

（変形例３）
バッテリ１０の端子間電圧ＶＢは、バッテリ１０の温度等によって変動する。最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高く、昇圧コンバータ２０を使用しないでバッテリ１０を充電しているとき、端子間電圧ＶＢが変動して、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなると、充電が行われない、あるいは昇圧コンバータ２０を用いた充電が開始され、当初予定していた充電時間が延びる等、充電が不安定になる可能性がある。また、バッテリ１０の温度状態等によりバッテリ電圧ＶＢｕの算出精度が低下し、算出したバッテリ電圧ＶＢｕが実際のバッテリの充電終了時の端子間電圧より小さくなった場合、昇圧コンバータ２０を用いないでバッテリ１０を充電しているとき、最大出力電圧Ｖｃが端子間電圧ＶＢより低くなる可能性が高くなり、充電が行われない、あるいは昇圧コンバータ２０を用いた充電が開始され、当初予定していた充電時間が延びる等、充電が不安定になる可能性がある。変形例３では、安定的に充電を行える機会を拡大する。

図８は、変形例３において、ＥＣＵ７０で実行される処理の概略フローチャートである。図８のフローチャートは、図５のフローチャートにＳ４０～Ｓ４３を追加したものであり、Ｓ１０～Ｓ１８は、図５のフローチャートと同じであるので、その説明を省略する。

図８において、Ｓ１２で、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕ以上の場合（Ｖｃ≧ＶＢｕ）、否定判定されＳ４０へ進む。Ｓ４０では、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕと最の差である「Ｖｃ－ＶＢｕ」が所定値βより小さいか否かを判定する。所定値βは、本開示の「第２所定値」に相当し、たとえば、バッテリ電圧ＶＢｕの５％の値になるよう設定されてもよい。「Ｖｃ－ＶＢｕ＜β」であり肯定判定されるとＳ１５へ進み、「Ｖｃ－ＶＢｕ≧β」であり否定判定されると、Ｓ１３へ進む。

このように、変形例３では、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合（Ｓ１２で否定判定）であっても、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕの差が所定値βより小さい場合（Ｓ４０で肯定判定）は、Ｓ１５に進んで、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換え、外部充電設備８０から供給された電力を昇圧コンバータ２０で昇圧して、バッテリ１０を充電する。

Ｓ４１では、バッテリ１０の充電が終了したか否かを判定する。Ｓ４１の処理は、Ｓ１７における処理と同一である。バッテリ１０の充電が終了し、Ｓ４１で肯定判定されとＳ１８へ進み、充電終了動作を実行したあと、今回のルーチンを終了する。バッテリ１０の充電が終了していない場合は、否定判定されＳ４２へ進む。

Ｓ４２では、監視ユニット１１の電流センサで検出した、バッテリ１０の端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより大きいか否かを判定する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃ以下である場合（ＶＢ≦Ｖｃ）、Ｓ４１に戻って、充電が終了するまで充電を継続する。端子間電圧ＶＢが最大出力電圧Ｖｃより高い場合（ＶＢ＞Ｖｃ）、Ｓ４３へ進み、充電を中断したあと、Ｓ１５へ進む。

この変形例３では、最大出力電圧Ｖｃがバッテリ電圧ＶＢｕより高い場合であっても、最大出力電圧Ｖｃとバッテリ電圧ＶＢｕの差が所定値βより小さい場合は、昇圧コンバータ２０を使用してバッテリ１０を充電する。バッテリ電圧ＶＢｕに対して、最大出力電圧Ｖｃが所定値βの余裕を備えた状態で昇圧コンバータ２０を使用して充電を行うので、充電電圧がバッテリ１０の端子間電圧ＶＢより低くなる頻度を低減でき、安定的に充電を行える機会を拡大できる。

本実施の形態において、充電リレー３０は、ｃ接点リレー３０ａおよびｃ接点リレー３０ｂから構成していたが、充電リレー３０の構成はこれに限られない。図９は、充電リレーの他の構成例を示す図である。図９に示すように、充電リレーは、４個のａ接点リレーから構成される充電リレー３００としてもよい。充電リレー３００は、４個のａ接点リレーから構成されるので、ＤＣインレット３１にコネクタ８１が接続されていないとき、すべてのａ接点リレーを開放（ＯＦＦ）することにより、バッテリ１０とＤＣインレット３１の電気的な接続を確実に遮断できる。なお、本実施の形態では、充電終了動作（Ｓ１８）において、充電終了時、ＤＣインレット３１と電力線Ｌａおよび電力線Ｎａを接続するように充電リレー３０を切り換えている。これにより、昇圧コンバータ２０が絶縁型の場合は、その絶縁機能により、昇圧コンバータ２０が非絶縁型の場合であっても、正極線に配置されたダイオードにより、バッテリ１０とＤＣインレット３１の電気的な接続を実質的に遮断することが可能である。また、本実施の形態で、バッテリ１０の端子間電圧（定格電圧、あるいは、公称電圧）は、６００Ｖとしたが、５００Ｖであってよく、７００Ｖあるいは８００Ｖであってもよい。

なお、図１に示す電動車両１００は電気自動車であるが、本開示が適用可能な車両は図１に示す電動車両１００に限定されない。たとえば、エンジンとモータジェネレータとを備えるプラグインハイブリッド車両にも本開示は適用可能であり、蓄電池を備え外部充電可能な燃料電池車にも適用可能である。また、フォークリフト等の産業用車両であってもよい。

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及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 ＰＣＵ、２ モータジェネレータ（ＭＧ）、３ 駆動伝達ギヤ、４ 駆動輪、１０ バッテリ、１１ 監視ユニット、２０ 昇圧コンバータ、３０，３００ 充電リレー、３１ ＤＣインレット、４０ ＳＭＲ、７０ ＥＣＵ、８０ 外部充電設備、８１ コネクタ、８２ 操作パネル、９０ ＨＭＩ装置、１００ 電動車両、７０１ 出力電圧取得部、７０２ 上限電圧演算部、７０３ 比較部、７０４ 切換部、７０５ コンバータ制御部、７０６ 充電電流制御部。

Claims (7)

1. 外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両であって、
   前記外部電源から供給される電力を昇圧して前記蓄電装置へ供給する昇圧装置と、
   前記外部電源から供給される電力を、前記昇圧装置を迂回して、前記蓄電装置へ供給するバイパス経路と、
   前記蓄電装置の充電を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記外部電源から供給される電力の最大電圧が、前記蓄電装置の充電終了時の端子間電圧より低い場合、前記昇圧装置を用いて前記蓄電装置を充電し、前記最大電圧が前記充電終了時の端子間電圧より高い場合、前記バイパス経路を用いて前記蓄電装置を充電するよう構成されている、電動車両。
2. 前記制御装置は、前記バイパス経路を用いて前記蓄電装置を充電しているときに、前記最大電圧が前記蓄電装置の端子間電圧より低くなった場合、前記昇圧装置を用いて前記蓄電装置の充電を実行するよう構成されている、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記制御装置は、前記最大電圧が前記充電終了時の端子間電圧より低い場合であっても、前記最大電圧と前記充電終了時の端子間電圧の差が第１所定値より小さい場合は、前記バイパス経路を用いて前記蓄電装置を充電するよう構成されている、請求項１に記載の電動車両。
4. 前記制御装置は、前記最大電圧が前記充電終了時の端子間電圧より高い場合であっても、前記最大電圧と前記充電終了時の端子間電圧の差が第２所定値より小さい場合は、前記昇圧装置を用いて前記蓄電装置を充電するよう構成されている、請求項１または２に記載の電動車両。
5. 前記外部電源は直流電力を供給する外部充電設備であり、
   前記外部充電設備から供給される直流電力を前記昇圧装置に供給する経路と、前記外部充電設備から供給される直流電力を前記バイパス経路に供給する経路とに切り換える充電リレーを備え、
   前記制御装置は、
   前記外部充電設備から受信した情報に基づいて、前記外部電源から供給される電力の最大電圧を取得する出力電圧取得部と、
   前記蓄電装置の充電終了時のＳＯＣに基づいて、前記充電終了時の端子間電圧を算出する上限電圧演算部と、
   前記最大電圧と前記充電終了時の端子間電圧の大きさを比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に応じて、前記充電リレーを切り換える切換部と、を備える、請求項１に記載の電動車両。
6. 外部電源から充電可能な蓄電装置を備えた電動車両の充電制御方法であって、
   前記外部電源から供給される電力の最大電圧と前記蓄電装置の充電終了時の端子間電圧とを比較するステップと、
   前記最大電圧が前記充電終了時の端子間電圧より低いとき、昇圧装置で昇圧して前記蓄電装置を充電するステップと、
   前記最大電圧が前記充電終了時の端子間電圧より高いとき、前記昇圧装置で昇圧することなく前記蓄電装置を充電するステップと、を含む、電動車両の充電制御方法。
7. 前記蓄電装置の充電終了時のＳＯＣに基づいて、前記充電終了時の端子間電圧を算出するステップを、含む、請求項６に記載の電動車両の充電制御方法。

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