JP4367391B2 - 充電制御装置および電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、充電制御装置および電動車両に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両に搭載される蓄電装置の充電制御装置に関する。

特許第２６９５０８３号公報（特許文献１）は、電動車両に使用される電動機駆動および動力処理装置を開示する。この電動機駆動および動力処理装置は、二次電池と、インバータＩＡ，ＩＢと、誘導電動機ＭＡ，ＭＢと、制御ユニットとを備える。誘導電動機ＭＡ，ＭＢは、Ｙ結線された巻線ＣＡ，ＣＢをそれぞれ含み、巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢには、ＥＭＩフィルターを介して入力／出力ポートが接続される。

インバータＩＡ，ＩＢは、それぞれ誘導電動機ＭＡ，ＭＢに対応して設けられ、それぞれ巻線ＣＡ，ＣＢに接続される。そして、インバータＩＡ，ＩＢは、二次電池に並列に接続される。

この電動機駆動および動力処理装置においては、再充電モードで動作するとき、入力／出力ポートに接続される単相電源からＥＭＩフィルターを介して巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢ間に交流電力が供給され、インバータＩＡ，ＩＢは、その中性点ＮＡ，ＮＢ間に供給された交流電力を直流電力に変換して直流電源を充電する（特許文献１参照）。
特許第２６９５０８３号公報 特開平８−１２６１２１号公報 特開平１０−１１７４４５号公報

特許第２６９５０８３号公報に開示される電動機駆動および動力処理装置は、直流電源を充電するためのＡＣ／ＤＣコンバータを別途備える必要がない点で有用であるが、入力／出力ポートに接続される単相電源から供給される交流電圧を直流電源の電圧レベルに応じた直流電圧に変換する際にインバータＩＡ，ＩＢのスイッチング損失が発生する。

また、巻線ＣＡ，ＣＢの中性点ＮＡ，ＮＢ間に与えられる交流電圧をインバータＩＡ，ＩＢで直流電源の電圧レベルに応じた直流電圧に変換するので、インバータＩＡ，ＩＢのスイッチング制御も複雑になり得る。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部の電源から蓄電装置を充電するための専用コンバータを別途備えることなく、かつ、インバータのスイッチング動作を不要にした充電制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、車両外部の電源から蓄電装置を充電するための専用コンバータを別途備えることなく、かつ、車両外部の電源からの充電時にインバータのスイッチング動作を不要にした電動車両を提供することである。

この発明によれば、充電制御装置は、蓄電装置を充電するための充電制御装置であって、星形結線された第１の多相巻線と、星形結線された第２の多相巻線と、第１および第２の多相巻線にそれぞれ接続され、各スイッチング素子に並列に接続される逆並列ダイオードを含む第１および第２のインバータと、第１および第２のインバータの各々と蓄電装置との間に配設されるコンバータと、第１の多相巻線の第１の中性点および第２の多相巻線の第２の中性点と電源との間に配設され、電源から供給される電圧を蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して第１および第２の中性点に与える昇圧装置とを備える。第１および第２のインバータは、昇圧装置によって昇圧されて第１および第２の中性点に与えられる電圧を逆並列ダイオードを介してコンバータへ出力する。コンバータは、蓄電装置の充電状態に基づいて、蓄電装置の充電電流を制御しつつ蓄電装置を充電する。

この発明による充電制御装置においては、第１の多相巻線の第１の中性点および第２の多相巻線の第２の中性点に電源からの電力が与えられ、第１および第２のインバータならびにコンバータを介して蓄電装置の充電が行なわれる。ここで、昇圧装置は、電源から供給される電圧を蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して第１および第２の中性点に与えるので、第１および第２のインバータは、各スイッチング素子を動作させることなく、第１および第２の中性点に与えられる電圧を逆並列ダイオードを介してコンバータへ供給できる。そして、コンバータを用いて蓄電装置の電流制御が行なわれる。

したがって、この発明による充電制御装置によれば、第１および第２のインバータのスイッチングが不要であるので、充電時の損失を低減することができる。また、第１および第２のインバータをスイッチング制御する必要がないので、充電時の制御が容易である。

好ましくは、電源から供給される電圧は、交流電圧である。昇圧装置は、電源から供給される交流電圧を昇圧するトランスを含む。第１および第２のインバータは、トランスによって昇圧されて第１および第２の中性点に与えられる交流電圧を逆並列ダイオードにより整流してコンバータへ出力する。

この充電制御装置においては、昇圧装置がトランスで構成されるので、トランスの二次側が一次側と絶縁される。したがって、この充電制御装置によれば、第１および第２のインバータ、コンバータならびに蓄電装置を電源と絶縁することができる。

さらに好ましくは、電源は、商用交流電源である。
したがって、この充電制御装置によれば、自宅などの商用交流電源を用いて容易かつ安全に蓄電装置を充電することができる。

好ましくは、第１および第２の多相巻線は、それぞれ固定子巻線として第１および第２の電動機に含まれる。第１および第２の電動機、蓄電装置、コンバータ、第１および第２のインバータ、ならびにトランスの二次巻線は、第１および第２の電動機の少なくとも一方を動力源とする電動車両に搭載される。

この充電制御装置においては、トランスの二次巻線は電動車両に搭載され、トランスの一次巻線は車両外部に設けられる。したがって、この充電制御装置によれば、電動車両の蓄電装置を車両外部の電源から非接触で充電することができる。

また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の電動機と、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の電動機と、第１および第２の電動機にそれぞれ対応して設けられ、各スイッチング素子に並列に接続される逆並列ダイオードを含む第１および第２のインバータと、第１および第２のインバータの各々と蓄電装置との間に配設されるコンバータと、第１の多相巻線の第１の中性点および第２の多相巻線の第２の中性点と車両外部の電源との間に配設され、電源から供給される電圧を蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して第１および第２の中性点に与える昇圧装置とを備える。電源から蓄電装置の充電が行なわれるとき、第１および第２のインバータは、昇圧装置によって昇圧されて第１および第２の中性点に与えられる電圧を逆並列ダイオードを介してコンバータへ出力し、コンバータは、蓄電装置の充電状態に基づいて、蓄電装置の充電電流を制御しつつ蓄電装置を充電する。

この発明による電動車両においては、第１の電動機の第１の中性点および第２の電動機の第２の中性点に車両外部の電源から電力が与えられ、第１および第２のインバータならびにコンバータを介して蓄電装置の充電が行なわれる。ここで、昇圧装置は、電源から供給される電圧を蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して第１および第２の中性点に与えるので、第１および第２のインバータは、各スイッチング素子を動作させることなく、第１および第２の中性点に与えられる電圧を逆並列ダイオードを介してコンバータへ供給できる。そして、コンバータを用いて蓄電装置の電流制御が行なわれる。

したがって、この発明による電動車両によれば、充電用の専用コンバータを備えることなく、車両外部の電源から蓄電装置を充電することができる。そして、充電時に第１および第２のインバータのスイッチングが不要であるので、充電時の損失を低減することができる。また、第１および第２のインバータをスイッチング制御する必要がないので、充電時の制御が容易である。

好ましくは、電源から供給される電圧は、交流電圧である。昇圧装置は、電源から供給される交流電圧を昇圧するトランスを含む。第１および第２のインバータは、トランスによって昇圧されて第１および第２の中性点に与えられる交流電圧を逆並列ダイオードにより整流してコンバータへ出力する。

この電動車両においては、昇圧装置がトランスで構成されるので、トランスの二次側が一次側と絶縁される。したがって、この電動車両によれば、第１および第２のインバータ、コンバータならびに蓄電装置を電源と絶縁することができる。

さらに好ましくは、電源は、商用交流電源である。
したがって、この電動車両によれば、自宅などの商用交流電源を用いて容易かつ安全に蓄電装置を充電することができる。

この発明によれば、電源からの電圧を昇圧装置により蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して第１および第２の中性点に与えるので、第１および第２のインバータのスイッチング動作を不要にできる。したがって、充電時の損失を低減することができる。また、充電時の制御も容易になる。

また、昇圧装置にトランスを用いることにより、第１および第２のインバータ、コンバータならびに蓄電装置を電源と絶縁することができる。さらに、非接触で外部電源から蓄電装置を充電することができる。

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。

図１は、この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置Ｂと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジン４と、動力分配機構３と、車輪２と、制御装置６０とを備える。

また、ハイブリッド自動車１００は、入力端子９０と、整流器９２と、インバータ９４と、トランス８６と、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２とを備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、コンデンサＣ１，Ｃ２と、Ｕ相ラインＵＬ１〜ＵＬ３と、Ｖ相ラインＶＬ１〜ＶＬ３と、Ｗ相ラインＷＬ１〜ＷＬ３と、電圧センサ７１，７２，７４と、電流センサ８０，８２，８４とを備える。

動力分配機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分配機構３としては、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この３つの回転軸がエンジン４およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジェネレータＭＧ１のロータを中空としてその中心にエンジン４のクランク軸を通すことで動力分配機構３にエンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギヤによって車輪２に結合されている。また、動力分配機構３の内部にモータジェネレータＭＧ２の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。

そして、モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン４の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車１００に組込まれ、モータジェネレータＭＧ２は、駆動輪である車輪２を駆動する電動機としてハイブリッド自動車１００に組込まれる。

蓄電装置Ｂの正極は、電源ラインＰＬ１に接続され、蓄電装置Ｂの負極は、接地ラインＳＬに接続される。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続される。

昇圧コンバータ１０は、リアクトルＬと、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２と、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続される。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すように逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。そして、リアクトルＬの一端は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２の接続点に接続され、その他端は、電源ラインＰＬ１に接続される。

なお、上記のｎｐｎ型トランジスタおよび以下の本明細書中のｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができ、また、ｎｐｎ型トランジスタに代えてパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field-effect transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続される。インバータ２０は、Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６を含む。Ｕ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム２２は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２から成り、Ｖ相アーム２４は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１３，Ｑ１４から成り、Ｗ相アーム２６は、直列に接続されたｎｐｎ型トランジスタＱ１５，Ｑ１６から成る。各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流す逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続される。

モータジェネレータＭＧ１は、３相コイル１２をステータコイルとして含む。３相コイル１２を形成するＵ相コイルＵ１、Ｖ相コイルＶ１およびＷ相コイルＷ１の一端は、互いに接続されて中性点Ｎ１を形成し、各相コイルの他端は、インバータ２０のＵ相アーム２２、Ｖ相アーム２４およびＷ相アーム２６における各ｎｐｎ型トランジスタの接続点にそれぞれ接続される。

インバータ３０は、Ｕ相アーム３２、Ｖ相アーム３４およびＷ相アーム３６を含む。モータジェネレータＭＧ２は、３相コイル１４をステータコイルとして含む。インバータ３０およびモータジェネレータＭＧ２の構成は、それぞれインバータ２０およびモータジェネレータＭＧ１と同様である。

トランス８６は、一次コイル８７と、二次コイル８８とを含む。二次コイル８８は、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してそれぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル１２，１４の中性点Ｎ１，Ｎ２に接続される。そして、一次コイル８７にはインバータ９４が接続され、インバータ９４の一次側には整流器９２が接続され、整流器９２の一次側には入力端子９０が接続される。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置Ｂは、直流電力を昇圧コンバータ１０へ出力する。また、蓄電装置Ｂは、昇圧コンバータ１０によって充電される。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

電圧センサ７１は、蓄電装置Ｂの電圧ＶＢを検出し、その検出した電圧ＶＢを制御装置６０へ出力する。電流センサ８４は、蓄電装置Ｂに対して入出力される電流ＩＢを検出し、その検出した電流ＩＢを制御装置６０へ出力する。コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置Ｂから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。具体的には、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、ｎｐｎ型トランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによって蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧する。そして、昇圧コンバータ１０は、その昇圧した昇圧電圧をｎｐｎ型トランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期して逆並列ダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、入力端子９０に接続される車両外部の商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれるとき、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置Ｂの充電電流を制御する。

コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ７２は、コンデンサＣ２の端子間電圧、すなわち接地ラインＳＬに対する電源ラインＰＬ２の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨを制御装置６０へ出力する。

インバータ２０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ１へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、エンジン４の出力を受けてモータジェネレータＭＧ１が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、車両の回生制動時、車輪２からの回転力を受けてモータジェネレータＭＧ２が発電した３相交流電圧を制御装置６０からの信号ＰＷＭ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

なお、ここで言う回生制動とは、車両を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴なう制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。

また、インバータ２０，３０は、入力端子９０に接続される商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれるとき、トランス８６により昇圧されて３相コイル１２，１４の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電圧を整流して電源ラインＰＬ２へ出力する。ここで、商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれるとき、インバータ２０，３０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６は全てオフされ（ゲートシャットダウン）、逆並列ダイオードＤ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６を用いて整流が行なわれる。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、３相交流電動機であり、たとえば３相交流同期電動機から成る。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン４の出力を用いて３相交流電圧を発生し、その発生した３相交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける３相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン４の始動を行なう。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける３相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータＭＧ２は、車両の回生制動時、３相交流電圧を発生してインバータ３０へ出力する。

トランス８６は、インバータ９４からの高周波交流電圧を蓄電装置Ｂの電圧ＶＢよりも高い電圧レベルに昇圧し、その昇圧した交流電圧をＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２へ出力する。また、トランス８６は、車両に搭載されるインバータ２０，３０などの各装置を入力端子９０に接続される商用電源と絶縁する。電圧センサ７４は、ＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２間の電圧ＶＡＣを検出し、その検出した電圧ＶＡＣを制御装置６０へ出力する。

入力端子９０は、車両外部の商用電源から蓄電装置Ｂを充電する際に商用交流電圧を受けるための端子である。整流器９２は、入力端子９０に入力される商用交流電圧を整流してインバータ９４へ出力する。インバータ９４は、整流器９２からの直流電圧を高周波の交流電圧に変換し、その変換した高周波交流電圧をトランス８６の一次コイル８７へ出力する。

なお、商用電源からの商用交流電圧を整流器９２およびインバータ９４を用いて高周波化するのは、トランス８６を高周波で動作させることによりトランス８６の体格を小さくすることができるからである。

電流センサ８０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ８２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、昇圧コンバータ１０を駆動するための信号ＰＷＣおよびインバータ２０，３０をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＭ１，ＰＷＭ２をそれぞれ昇圧コンバータ１０およびインバータ２０，３０へ出力する。

また、制御装置６０は、入力端子９０に接続される商用電源から蓄電装置Ｂの充電を行なうか否かを判定し、蓄電装置Ｂの充電を実行するとき、インバータ２０，３０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６を全てオフするとともに、昇圧コンバータ１０を用いて蓄電装置Ｂの充電制御を行なう。

図２は、図１に示した制御装置６０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置６０は、コンバータ制御部６１と、第１のインバータ制御部６２と、第２のインバータ制御部６３と、ＡＣ入力制御部６４とを含む。

コンバータ制御部６１は、電圧センサ７１からの電圧ＶＢ、電圧センサ７２からの電圧ＶＨ、ＨＶ−ＥＣＵ（図示せず、以下同じ。）から出力されるモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２、電流センサ８４からの電流ＩＢ、ならびにＡＣ入力制御部６４からの充電電流目標値ＩＢＲおよび充電制御指令ＣＨＧに基づいて、昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするための信号ＰＷＣを生成し、その生成した信号ＰＷＣを昇圧コンバータ１０へ出力する。

第１のインバータ制御部６２は、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするための信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１をインバータ２０へ出力する。ここで、第１のインバータ制御部６２は、ＡＣ入力制御部６４からゲートオフ指令ＧＯＦＦを受けると、インバータ２０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６を全てオフするように信号ＰＷＭ１を生成してインバータ２０へ出力する。

第２のインバータ制御部６３は、モータジェネレータＭＧ２のトルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２ならびに電圧ＶＨに基づいて、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフするための信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭ２をインバータ３０へ出力する。ここで、第２のインバータ制御部６３は、ＡＣ入力制御部６４からゲートオフ指令ＧＯＦＦを受けると、インバータ３０のｎｐｎ型トランジスタＱ２１〜Ｑ２６を全てオフするように信号ＰＷＭ２を生成してインバータ３０へ出力する。

ＡＣ入力制御部６４は、図示されないイグニッションキー（またはイグニッションスイッチ、以下同じ。）からの信号ＩＧおよび電圧センサ７４からの電圧ＶＡＣに基づいて、車両外部の商用電源から蓄電装置Ｂの充電を行なうか否かを判定する。そして、ＡＣ入力制御部６４は、蓄電装置Ｂの充電実行時、第１および第２のインバータ制御部６２，６３へゲートオフ指令ＧＯＦＦを出力するとともに、コンバータ制御部６１へ充電制御指令ＣＨＧを出力する。なお、充電制御指令ＣＨＧは、蓄電装置Ｂの充電制御をコンバータ制御部６１に指示する指令である。

また、ＡＣ入力制御部６４は、蓄電装置Ｂの充電実行時、ＨＶ−ＥＣＵから受ける蓄電装置Ｂの充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）に基づいて蓄電装置Ｂの充電電流目標値ＩＢＲを算出し、その算出した充電電流目標値ＩＢＲをコンバータ制御部６１へ出力する。なお、蓄電装置ＢのＳＯＣは、図示されない電池ＥＣＵなどによって公知の手法を用いて算出される。

図３は、図２に示したＡＣ入力制御部６４による蓄電装置Ｂの充電実行判定に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図３を参照して、ＡＣ入力制御部６４は、イグニッションキーからの信号ＩＧに基づいて、イグニッションキーがＯＦＦ位置に回動されたか否かを判定する（ステップＳ１０）。ＡＣ入力制御部６４は、イグニッションキーがＯＦＦ位置にないと判定すると（ステップＳ１０においてＮＯ）、商用電源を入力端子９０に接続して蓄電装置Ｂの充電を行なうのは不適切であると判断してステップＳ６０へ処理を進め、制御はメインルーチンに移される。

ステップＳ１０においてイグニッションキーがＯＦＦ位置にあると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＡＣ入力制御部６４は、電圧センサ７４からの電圧ＶＡＣに基づいて、商用電源からの商用交流電圧が入力端子９０に入力されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。ＡＣ入力制御部６４は、商用交流電圧の入力がないと判定すると（ステップＳ２０においてＮＯ）、充電処理を行なわずにステップＳ６０へ処理を進め、制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ２０において入力端子９０への商用交流電圧の入力が確認されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ＡＣ入力制御部６４は、蓄電装置ＢのＳＯＣに基づいて蓄電装置Ｂの充電電流目標値ＩＢＲを算出し、その算出した充電電流目標値ＩＢＲをコンバータ制御部６１へ出力する（ステップＳ３０）。たとえば、ＡＣ入力制御部６４は、蓄電装置ＢのＳＯＣが十分なレベルであることを示す基準値を蓄電装置ＢのＳＯＣが下回っているとき、蓄電装置Ｂの充電電流目標値ＩＢＲを予め定められた値に設定する。なお、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて充電電流目標値ＩＢＲの値を変化させてもよい。

ステップＳ３０において蓄電装置Ｂの充電電流が設定されると、ＡＣ入力制御部６４は、第１および第２のインバータ制御部６２，６３へゲートオフ指令ＧＯＦＦを出力する（ステップＳ４０）。これにより、後述するように、第１および第２のインバータ制御部６２，６３は、それぞれインバータ２０，３０に含まれるｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６を全てオフし、入力端子９０に接続された商用電源から蓄電装置Ｂの充電中は、インバータ２０，３０のスイッチングが停止される。

そして、ステップＳ４０の処理に続いて、ＡＣ入力制御部６４は、コンバータ制御部６１へ充電制御指令ＣＨＧを出力し、コンバータ制御部６１へ蓄電装置Ｂの充電制御の実行を指示する（ステップＳ５０）。これにより、後述するように、コンバータ制御部６１は、蓄電装置Ｂの充電制御を実行し、蓄電装置Ｂの充電中、昇圧コンバータ１０は、蓄電装置Ｂの充電電流を充電電流目標値ＩＢＲに制御しつつ蓄電装置Ｂを充電する。その後、制御はメインルーチンに戻される（ステップＳ６０）。

図４は、図２に示したコンバータ制御部６１の機能ブロック図である。図４を参照して、コンバータ制御部６１は、インバータ入力電圧指令演算部１１１と、減算部１１２，１１４と、ＰＩ制御部１１３と、フィードバック電圧指令演算部１１５と、デューティー比演算部１１６と、ＰＷＭ信号変換部１１７とを含む。

インバータ入力電圧指令演算部１１１は、ＨＶ−ＥＣＵからのトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２に基づいて、インバータ入力電圧の最適値（目標値）すなわち電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍを演算し、その演算した電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍをフィードバック電圧指令演算部１１５へ出力する。

減算部１１２は、ＡＣ入力制御部６４からの充電電流目標値ＩＢＲと電流センサ８４からの電流ＩＢとを受け、充電電流目標値ＩＢＲから電流ＩＢを減算し、その演算結果をＰＩ制御部１１３へ出力する。

ＰＩ制御部１１３は、減算部１１２から受ける充電電流目標値ＩＢＲと電流ＩＢとの偏差を入力として比例積分演算を行ない、その演算結果を減算部１１４へ出力する。

減算部１１４は、ＰＩ制御部１１３の出力値と電圧センサ７２からの電圧ＶＨとを受け、電圧ＶＨからＰＩ制御部１１３の出力値を減算し、その演算結果を電圧指令ＶＨ＿ＩＢとしてフィードバック電圧指令演算部１１５へ出力する。

フィードバック電圧指令演算部１１５は、電圧ＶＨと、ＡＣ入力制御部６４からの充電制御指令ＣＨＧと、インバータ入力電圧指令演算部１１１からの電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍと、減算部１１４からの電圧指令ＶＨ＿ＩＢとを受ける。そして、フィードバック電圧指令演算部１１５は、充電制御指令ＣＨＧが非活性化されているとき、電圧ＶＨとインバータ入力電圧指令演算部１１１からの電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍとに基づいて、電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍに制御するためのフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｆｂをデューティー比演算部１１６へ出力する。

一方、フィードバック電圧指令演算部１１５は、充電制御指令ＣＨＧが活性化されているとき、電圧ＶＨと減算部１１４からの電圧指令ＶＨ＿ＩＢとに基づいて、電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＿ＩＢに制御するためのフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｆｂを演算し、その演算したフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｆｂをデューティー比演算部１１６へ出力する。

デューティー比演算部１１６は、電圧センサ７１からの電圧ＶＢと、電圧ＶＨと、フィードバック電圧指令演算部１１５からのフィードバック電圧指令ＶＨ＿ｆｂとに基づいて、電圧ＶＨを電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍまたはＶＨ＿ＩＢに制御するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比をＰＷＭ信号変換部１１７へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１１７は、デューティー比演算部１１６から受けたデューティー比に基づいて、昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し、その生成したＰＷＭ信号を信号ＰＷＣとして昇圧コンバータ１０のｎｐｎ型トランジスタＱ１，Ｑ２へ出力する。

このコンバータ制御部６１においては、ＡＣ入力制御部６４からの充電制御指令ＣＨＧが非活性化されているとき、すなわち商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれていないとき、インバータ入力電圧指令演算部１１１によって演算される電圧指令ＶＨ＿ｃｏｍに電圧ＶＨが制御されるように、昇圧コンバータ１０の上アームおよび下アームのスイッチングデューティーが制御される。

一方、ＡＣ入力制御部６４からの充電制御指令ＣＨＧが活性化されているとき、すなわち商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれているとき、蓄電装置Ｂの充電電流ＩＢが充電電流目標値ＩＢＲに制御されるように、昇圧コンバータ１０の上アームおよび下アームのスイッチングデューティーが制御される。

図５は、図２に示した第１および第２のインバータ制御部６２，６３の機能ブロック図である。図５を参照して、第１および第２のインバータ制御部６２，６３の各々は、モータ制御用相電圧演算部１２０と、ＰＷＭ信号変換部１２２とを含む。

モータ制御用相電圧演算部１２０は、インバータ２０，３０の入力電圧である電圧ＶＨを電圧センサ７２から受け、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１（またはＭＣＲＴ２）を電流センサ８０（または８２）から受け、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）をＨＶ−ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部１２０は、これらの入力値に基づいて、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相コイルに印加する電圧を演算し、その演算した各相コイル電圧をＰＷＭ信号変換部１２２へ出力する。

ＰＷＭ信号変換部１２２は、ＡＣ入力制御部６４からのゲートオフ指令ＧＯＦＦが非活性化されているとき、モータ制御用相電圧演算部１２０から受ける各相コイル電圧指令に基づいて、実際にインバータ２０（または３０）の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）をオン／オフする信号ＰＷＭ１＿０（信号ＰＷＭ１の一種）（またはＰＷＭ２＿０（信号ＰＷＭ２の一種））を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１＿０（またはＰＷＭ２＿０）をインバータ２０（または３０）の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）へ出力する。

このようにして、各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）がスイッチング制御され、モータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）が指令されたトルクを出力するようにモータジェネレータＭＧ１（またはＭＧ２）の各相に流す電流が制御さ
れる。その結果、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）に応じたモータトルクが出力される。

また、ＰＷＭ信号変換部１２２は、ＡＣ入力制御部６４からのゲートオフ指令ＧＯＦＦが活性化されているとき、モータ制御用相電圧演算部１２０の出力に拘わらず、インバータ２０（または３０）の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）を全てオフする信号ＰＷＭ１＿１（信号ＰＷＭ１の一種）（またはＰＷＭ２＿１（信号ＰＷＭ２の一種））を生成し、その生成した信号ＰＷＭ１＿１（またはＰＷＭ２＿１）をインバータ２０（または３０）のｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６（またはＱ２１〜Ｑ２６）へ出力する。

再び図１を参照して、ハイブリッド自動車１００の全体動作について説明する。このハイブリッド自動車１００は、エンジン４およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行する。また、エンジン４の出力を用いてモータジェネレータＭＧ１により発電を行ない、蓄電装置Ｂに電力を供給することができる。さらに、車両の回生制動時は、モータジェネレータＭＧ２の回転力を用いてモータジェネレータＭＧ２により回生発電が行なわれ、蓄電装置Ｂに電力が供給される。

そして、このハイブリッド自動車１００においては、入力端子９０に接続された商用電源を用いて蓄電装置Ｂを充電することができる。入力端子９０に入力された商用交流電圧は、整流器９２およびインバータ９４を用いて高周波の交流電圧に変換されてトランス８６へ与えられる。

トランス８６は、インバータ９４からの高周波交流電圧を蓄電装置Ｂの電圧ＶＢよりも高い電圧レベルに昇圧し、その昇圧した交流電圧をＡＣラインＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル１２，１４の中性点Ｎ１，Ｎ２へ出力する。そして、中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられた交流電圧は、インバータ２０，３０によって整流されて電源ラインＰＬ２へ出力される。

ここで、商用電源から蓄電装置Ｂの充電が行なわれているとき、インバータ２０，３０の各ｎｐｎ型トランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６は、スイッチングすることなく全てオフされる。しかしながら、中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電圧は、トランス８６によって蓄電装置Ｂの電圧ＶＢよりも高い電圧レベルに昇圧されているので、インバータ２０，３０の逆並列ダイオードＤ１６〜Ｄ１６，Ｄ２６〜Ｄ２６が整流回路として機能し、中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電圧が整流されて電源ラインＰＬ２に供給される。

そして、制御装置６０は、蓄電装置ＢのＳＯＣに基づいて蓄電装置Ｂの充電電流を設定し、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２から蓄電装置Ｂへの充電電流を制御しつつ、蓄電装置Ｂを充電する。

以上のように、この実施の形態によれば、車両外部の商用電源からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の３相コイル１２，１４の中性点Ｎ１，Ｎ２に交流電力を与えることにより、専用のＡＣ／ＤＣコンバータを別途備えることなく蓄電装置Ｂを充電することができる。

そして、入力端子９０と中性点Ｎ１，Ｎ２との間にトランス８６を設け、商用電源からの商用交流電圧を蓄電装置Ｂの電圧ＶＢよりも高い電圧レベルに昇圧して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えるようにしたので、商用電源から蓄電装置Ｂを充電する際、インバータ２０，３０をスイッチングする必要がない。したがって、インバータ２０，３０におけるスイッチング損失を無くすことができ、全体として充電時の損失を低減することができる。また、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２やインバータ２０，３０などの装置と商用電源との絶縁も確保できる。

なお、入力端子９０からトランス８６の一次コイル８７までをハイブリッド自動車の外部に外出ししてもよい。

図６は、この発明の実施の形態の変形例によるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。図６を参照して、このハイブリッド自動車１００Ａは、トランス８６の二次コイル８８を搭載し、トランス８６の一次コイル８７、入力端子９０、整流器９２およびインバータ９４は、ハイブリッド自動車１００Ａの外部に設けられる。

そして、トランス８６の一次コイル８７、入力端子９０、整流器９２およびインバータ９４は、車両外部の充電設備として構成され、入力端子９０に接続される商用電源から蓄電装置Ｂを充電する際に一次コイル８７をハイブリッド自動車１００Ａに搭載された二次コイル８８に近接させることにより、商用電源からの商用交流電圧を昇圧して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えることができる。

このハイブリッド自動車１００Ａによれば、商用電源から蓄電装置Ｂを充電する際に、ハイブリッド自動車１００Ａに対して非接触で充電することができる。また、トランス８６の一次コイル８７、入力端子９０、整流器９２およびインバータ９４が車両外部に設けられるので、上記のハイブリッド自動車１００に対して車両を軽量化できる。

なお、上記の実施の形態においては、トランス８６の小型化を目的に入力端子９０とトランス８６との間に整流器９２およびインバータ９４を備えるものとしたが、整流器９２およびインバータ９４を備えていなくても、この発明は適用可能である。

また、上記の実施の形態においては、この発明による電動車両の一例としてハイブリッド自動車について説明したが、この発明は、電気自動車（Electric Vehicle）や、燃料電池（Fuel Cell）のほかにバッテリやキャパシタなどの蓄電装置を搭載した燃料電池車にも適用可能である。

なお、上記において、３相コイル１２，１４は、それぞれこの発明における「第１の多相巻線」および「第２の多相巻線」に対応し、インバータ２０，３０は、それぞれこの発明における「第１のインバータ」および「第２のインバータ」に対応する。また、昇圧コンバータ１０は、この発明における「コンバータ」に対応し、トランス８６は、この発明における「昇圧装置」に対応する。さらに、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれこの発明における「第１の電動機」および「第２の電動機」に対応する。

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。

この発明の実施の形態による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図２に示すＡＣ入力制御部による蓄電装置の充電実行判定に関するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図２に示すコンバータ制御部の機能ブロック図である。 図２に示す第１および第２のインバータ制御部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態の変形例によるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。

符号の説明

２ 車輪、３ 動力分配機構、４ エンジン、１０ 昇圧コンバータ、１２，１４ ３相コイル、２０，３０，９４ インバータ、２２，３２ Ｕ相アーム、２４，３４ Ｖ相アーム、２６，３６ Ｗ相アーム、６０ 制御装置、６１ コンバータ制御部、６２ 第１のインバータ制御部、６３ 第２のインバータ制御部、６４ ＡＣ入力制御部、７１，７２，７４ 電圧センサ、８０，８２，８４ 電流センサ、８６ トランス、８７ 一次コイル、８８ 二次コイル、９０ 入力端子、９２ 整流器、１００，１００Ａ ハイブリッド自動車、１１１ インバータ入力電圧指令演算部、１１２，１１４ 減算部、１１３ ＰＩ制御部、１１５ フィードバック電圧指令演算部、１１６ デューティー比演算部、１１７，１２２ ＰＷＭ信号変換部、１２０ モータ制御用相電圧演算部、Ｂ 蓄電装置、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ ＡＣライン、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ 逆並列ダイオード、Ｌ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ ｎｐｎ型トランジスタ、ＳＬ 接地ライン、Ｕ１，Ｕ２ Ｕ相コイル、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、Ｖ１，Ｖ２ Ｖ相コイル、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、Ｗ１，Ｗ２ Ｗ相コイル、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン。

Claims (9)

1. 蓄電装置を充電するための充電制御装置であって、
   星形結線された第１の多相巻線と、
   星形結線された第２の多相巻線と、
   前記第１および第２の多相巻線にそれぞれ接続され、各スイッチング素子に並列に接続される逆並列ダイオードを含む第１および第２のインバータと、
   前記第１および第２のインバータの各々と前記蓄電装置との間に配設されるコンバータと、
   前記第１の多相巻線の第１の中性点および前記第２の多相巻線の第２の中性点と電源との間に配設され、前記電源から供給される電圧を前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して前記第１および第２の中性点に与える昇圧装置とを備え、
   前記第１および第２のインバータは、前記昇圧装置によって昇圧されて前記第１および第２の中性点に与えられる電圧を前記逆並列ダイオードを介して前記コンバータへ出力し、
   前記コンバータは、前記第１および第２のインバータから出力される電圧を受けて前記蓄電装置を充電する、充電制御装置。
2. 前記コンバータは、前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記蓄電装置の充電電流を制御しつつ前記蓄電装置を充電する、請求項１に記載の充電制御装置。
3. 前記電源から供給される電圧は、交流電圧であり、
   前記昇圧装置は、前記電源から供給される交流電圧を昇圧するトランスを含み、
   前記第１および第２のインバータは、前記トランスによって昇圧されて前記第１および第２の中性点に与えられる交流電圧を前記逆並列ダイオードにより整流して前記コンバータへ出力する、請求項１または請求項２に記載の充電制御装置。
4. 前記電源は、商用交流電源である、請求項３に記載の充電制御装置。
5. 前記第１および第２の多相巻線は、それぞれ固定子巻線として第１および第２の電動機に含まれ、
   前記第１および第２の電動機、前記蓄電装置、前記コンバータ、前記第１および第２のインバータ、ならびに前記トランスの二次巻線は、前記第１および第２の電動機の少なくとも一方を動力源とする電動車両に搭載される、請求項３または請求項４に記載の充電制御装置。
6. 蓄電装置と、
   星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の電動機と、
   星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の電動機と、
   前記第１および第２の電動機にそれぞれ対応して設けられ、各スイッチング素子に並列に接続される逆並列ダイオードを含む第１および第２のインバータと、
   前記第１および第２のインバータの各々と前記蓄電装置との間に配設されるコンバータと、
   前記第１の多相巻線の第１の中性点および前記第２の多相巻線の第２の中性点と車両外部の電源との間に配設され、前記電源から供給される電圧を前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧レベルに昇圧して前記第１および第２の中性点に与える昇圧装置とを備え、
   前記電源から前記蓄電装置の充電が行なわれるとき、
   前記第１および第２のインバータは、前記昇圧装置によって昇圧されて前記第１および第２の中性点に与えられる電圧を前記逆並列ダイオードを介して前記コンバータへ出力し、
   前記コンバータは、前記第１および第２のインバータから出力される電圧を受けて前記蓄電装置を充電する、電動車両。
7. 前記コンバータは、前記蓄電装置の充電状態に基づいて、前記蓄電装置の充電電流を制御しつつ前記蓄電装置を充電する、請求項６に記載の電動車両。
8. 前記電源から供給される電圧は、交流電圧であり、
   前記昇圧装置は、前記電源から供給される交流電圧を昇圧するトランスを含み、
   前記第１および第２のインバータは、前記トランスによって昇圧されて前記第１および第２の中性点に与えられる交流電圧を前記逆並列ダイオードにより整流して前記コンバータへ出力する、請求項６または請求項７に記載の電動車両。
9. 前記電源は、商用交流電源である、請求項８に記載の電動車両。

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