JP4659909B2 - 車両の充電制御装置および車両 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の充電制御装置および車両に関し、特に、車両駆動用の蓄電装置を車両外部の電源から充電可能に構成された車両の充電制御装置および車両に関する。
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車、燃料電池車などが近年注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える蓄電装置とを搭載する。ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両である。また、燃料電池車は、車両駆動用の直流電源として燃料電池を搭載した車両である。
このような車両において、車両に搭載された車両駆動用の蓄電装置を一般家庭の電源から充電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へ電力が供給される。なお、以下では、このように車両外部の電源から車両に搭載された蓄電装置を充電可能な車両を「プラグイン車」とも称する。
特開2000−270484号公報(特許文献1)は、このようなプラグイン車において、車両外部の電源から蓄電装置の充電時に発生する異常を検出可能な異常検出装置を開示する。この異常検出装置によれば、交流電流指令値とコイルに流れる交流電流とに基づいて、車両外部の電源から蓄電装置の充電が開始された後に車両外部の電源の断線や停電等の異常を検出することができる。
ところで、このようなプラグイン車の規格は、アメリカ合衆国においては「SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler」(非特許文献1)にて制定され、日本においては「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」(非特許文献2)にて制定されている。
「SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler」および「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」においては、一例として、コントロールパイロットに関する規格が定められている。コントロールパイロットは、構内配線から車両へ電力を供給するEVSE(Electric Vehicle Supply Equipment)の制御回路と車両の接地部とを車両側の制御回路を介して接続する制御線と定義されており、この制御線を介して通信されるパイロット信号に基づいて、充電ケーブルの接続状態や電源から車両への電力供給の可否、EVSEの定格電流などが判断される。
特開2000−270484号公報 「SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler」、SAEJ1772、SAE International、2001年11月 「日本電動車両協会規格 電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、財団法人日本電動車両協会、2001年3月29日
しかしながら、「SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler」や「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」においては、パイロット信号が通信される制御線の断線を検出する手法の詳細については特に制定されていない。たとえば、単に制御線の電位が接地レベルであるというだけでは、制御線の断線と電源からの無給電(電源の停電時や充電ケーブルと電源コンセントとの非接続時など)とを区別することはできない。
上述のように、パイロット信号は、プラグイン車の充電制御において必須の信号であり、パイロット信号の異常検出、特に、パイロット信号が通信される制御線の断線検出は、プラグイン車において極めて重要である。
また、特開2000−270484号公報に開示された異常検出装置は、車両外部の電源の断線や停電等の異常を検出可能な点で有用であるが、上記のパイロット信号が適用された場合の異常検出手法については検討されていない。
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、パイロット信号が通信される制御線の断線と電源からの無給電とを区別して検出可能な車両の充電制御装置および車両を提供することである。
この発明によれば、車両の充電制御装置は、車両に搭載された車両駆動用の蓄電装置を車両外部の電源から充電可能に構成された車両の充電制御装置であって、EVSE制御装置と、電位操作回路と、抵抗素子とを備える。EVSE制御装置は、車両の外部に設けられ、車両側で電位操作されることにより車両の状態を認識可能なパイロット信号を生成して車両へ送信可能に構成される。電位操作回路は、車両に搭載され、EVSE制御装置からのパイロット信号が伝送されるコントロールパイロット線に接続されて、車両の状態に応じてパイロット信号の電位を規定電位に低減可能に構成される。抵抗素子は、予め定められたコントロールパイロット線の断線検出可能範囲よりもEVSE制御装置側においてコントロールパイロット線と接地ノードとの間に配設され、車両においてパイロット信号の異常が検知されたときにコントロールパイロット線の電位を規定電位に低下させる。
好ましくは、パイロット信号は、車両外部の電源から車両へ電力を供給するための充電ケーブルを介して車両に与えられる。抵抗素子は、充電ケーブルが接続される車両の車両インレットの近傍に設けられる。
好ましくは、車両の充電制御装置は、スイッチをさらに備える。スイッチは、コントロールパイロット線と接地ノードとの間において抵抗素子に直列に接続され、車両においてパイロット信号の異常が検知されたときにオンされる。
好ましくは、車両の充電制御装置は、リレーをさらに備える。リレーは、車両外部の電源から車両へ電力を供給するための充電ケーブルに設けられ、与えられる指令に従ってオン/オフされる。EVSE制御装置は、パイロット信号の電位を検出する第1の電圧検出装置を含み、第1の電圧検出装置によって検出された電位が規定電位に低下すると、リレーへ接続指令を出力する。
さらに好ましくは、車両の充電制御装置は、第2の電圧検出装置と、異常検出装置とをさらに備える。第2の電圧検出装置は、車両において電源からの電力を入力するための電力線の電圧を検出する。異常検出装置は、第2の電圧検出装置による検出電圧およびパイロット信号に基づいて、コントロールパイロット線の断線および電源からの無給電を検出する。
さらに好ましくは、異常検出装置は、パイロット信号が無入力であり、かつ、第2の電圧検出装置によって電源の電圧が検出されたとき、コントロールパイロット線が断線しているものと判定する。
また、さらに好ましくは、異常検出装置は、パイロット信号が無入力であり、かつ、第2の電圧検出装置によって電源の電圧が検出されないとき、電源からの給電が無いものと判定する。
また、この発明によれば、車両は、車両駆動用の蓄電装置を車両外部の電源から充電可能に構成された車両であって、コントロールパイロット線と、電位操作回路と、抵抗素子とを備える。コントロールパイロット線は、車両外部において生成されるパイロット信号であって当該車両において電位操作されることにより車両外部において当該車両の状態を認識可能な信号を伝送する。電位操作回路は、コントロールパイロット線に接続され、当該車両の状態に応じてパイロット信号の電位を規定電位に低減可能に構成される。抵抗素子は、予め定められたコントロールパイロット線の断線検出可能範囲よりもパイロット信号の車両外部からの入力端子側においてコントロールパイロット線と接地ノードとの間に配設され、パイロット信号の異常が検知されたときにコントロールパイロット線の電位を規定電位に低下させる。
好ましくは、パイロット信号は、車両外部の電源から当該車両へ電力を供給するための充電ケーブルを介して当該車両に与えられる。抵抗素子は、充電ケーブルが接続される車両インレットの近傍に設けられる。
好ましくは、車両は、スイッチをさらに備える。スイッチは、コントロールパイロット線と接地ノードとの間において抵抗素子に直列に接続され、パイロット信号の異常が検知されたときにオンされる。
好ましくは、車両は、電圧検出装置と、異常検出装置とをさらに備える。電圧検出装置は、電源からの電力を入力するための電力線の電圧を検出する。異常検出装置は、電圧検出装置による検出電圧およびパイロット信号に基づいて、コントロールパイロット線の断線および電源からの無給電を検出する。
さらに好ましくは、異常検出装置は、パイロット信号が無入力であり、かつ、電圧検出装置によって電源の電圧が検出されたとき、コントロールパイロット線が断線しているものと判定する。
また、さらに好ましくは、異常検出装置は、パイロット信号が無入力であり、かつ、電圧検出装置によって電源の電圧が検出されないとき、電源からの給電が無いものと判定する。
好ましくは、車両は、車両外部の電源から供給される電力を蓄電装置の電圧レベルに変換して蓄電装置を充電するための充電器をさらに備える。
この発明においては、車両においてパイロット信号の異常が検知されたときにコントロールパイロット線の電位を規定電位に低下させるための抵抗素子が設けられるので、コントロールパイロット線の断線により電位操作回路が機能しなくなっても、EVSE制御装置においてパイロット信号の規定電位への電位低下に基づいて車両と充電ケーブルとの接続を検知できる。これにより、車両と充電ケーブルとの接続を前提として、充電ケーブルのリレーをオンすることで車両側において電源電圧とパイロット信号とを同時に検出可能となる。そして、電源電圧が検出されるにも拘わらずパイロット信号が検出されない場合には、コントロールパイロット線の断線と判断でき、電源電圧が検出されない場合には、電源からの給電が無いと判断できる。
したがって、この発明によれば、パイロット信号が伝送されるコントロールパイロット線の断線を車両外部の電源からの無給電と区別して検出することが可能となる。
この発明の実施の形態による充電制御装置が適用された車両の一例として示されるプラグインハイブリッド車の全体ブロック図である。 動力分割機構の共線図を示した図である。 図1に示すプラグインハイブリッド車の電気システムの全体構成図である。 図3に示す電気システムの充電機構に関する部分の概略構成図である。 図4に示すEVSE制御装置によって発生されるパイロット信号の波形を示した図である。 図4に示す充電機構をより詳細に説明するための図である。 パイロット信号およびスイッチのタイミングチャートである。 図3に示す第1および第2インバータならびに第1および第2MGの零相等価回路を示した図である。 電源から蓄電装置を充電するための専用の充電器を搭載したプラグインハイブリッド車の電気システムの全体構成図である。 図9に示す電気システムの充電機構に関する部分の概略構成図である。
符号の説明
100 エンジン、110 第1MG、112,122 中性点、120 第2MG、130 動力分割機構、140 減速機、150 蓄電装置、160 前輪、170 ECU、171,604 電圧センサ、172 電流センサ、210 第1インバータ、210A,220A 上アーム、210B,220B 下アーム、220 第2インバータ、250 SMR、260 DFR、270 充電インレット、280 LCフィルタ、294 充電器、300 充電ケーブル、310 コネクタ、312 リミットスイッチ、320 プラグ、330 CCID、332 リレー、334 EVSE制御装置、400 電源コンセント、402 電源、502 抵抗回路、504,506 入力バッファ、508 CPU、512 車両アース、602 発振器、606 電磁コイル、608 漏電検出器、R1 抵抗素子、R2〜R4 プルダウン抵抗、SW1,SW2 スイッチ、L1 コントロールパイロット線、L2 接地線、L3 信号線。
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充電制御装置が適用された車両の一例として示されるプラグインハイブリッド車の全体ブロック図である。図1を参照して、このプラグインハイブリッド車は、エンジン100と、第1MG(Motor Generator)110と、第2MG120と、動力分割機構130と、減速機140と、蓄電装置150と、駆動輪160と、ECU170とを備える。
エンジン100、第1MG110および第2MG120は、動力分割機構130に連結される。そして、このプラグインハイブリッド車は、エンジン100および第2MG120の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。エンジン100が発生する動力は、動力分割機構130によって2経路に分割される。すなわち、一方は減速機140を介して駆動輪160へ伝達される経路であり、もう一方は第1MG110へ伝達される経路である。
第1MG110および第2MG120の各々は、交流回転電機であり、たとえば、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える三相交流同期電動機である。第1MG110は、動力分割機構130によって分割されたエンジン100の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置150の充電状態(以下「SOC(State Of Charge)」とも称する。)が予め定められた値よりも低くなると、エンジン100が始動して第1MG110により発電が行なわれ、第1MG110によって発電された電力は、インバータ(後述)により交流から直流に変換され、コンバータ(後述)により電圧が調整されて蓄電装置150に蓄えられる。
第2MG120は、蓄電装置150に蓄えられた電力および第1MG110により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、第2MG120の駆動力は、減速機140を介して駆動輪160に伝達される。これにより、第2MG120はエンジン100をアシストしたり、第2MG120からの駆動力によって車両を走行させたりする。なお、図1では、駆動輪160は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、第2MG120によって後輪を駆動してもよい。
なお、車両の制動時等には、減速機140を介して駆動輪160により第2MG120が駆動され、第2MG120が発電機として作動する。これにより、第2MG120は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。そして、第2MG120により発電された電力は、蓄電装置150に蓄えられる。
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン100のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第1MG110の回転軸に連結される。リングギヤは第2MG120の回転軸および減速機140に連結される。
そして、エンジン100、第1MG110および第2MG120が、遊星歯車から成る動力分割機構130を介して連結されることによって、図2に示すように、エンジン100、第1MG110および第2MG120の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。
再び図1を参照して、蓄電装置150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成る。蓄電装置150の電圧は、たとえば200V程度である。蓄電装置150には、第1MG110および第2MG120によって発電される電力の他、後述のように、車両外部の電源から供給される電力が蓄えられる。なお、蓄電装置150として、大容量のキャパシタも採用可能であり、第1MG110および第2MG120による発電電力や車両外部の電源からの電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を第2MG120へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
エンジン100、第1MG110および第2MG120は、ECU170によって制御される。なお、ECU170は、機能ごとに複数のECUに分割してもよい。なお、ECU170の構成については後述する。
図3は、図1に示したプラグインハイブリッド車の電気システムの全体構成図である。図3を参照して、この電気システムは、蓄電装置150と、SMR(System Main Relay)250と、コンバータ200と、第1インバータ210と、第2インバータ220と、第1MG110と、第2MG120と、DFR(Dead Front Relay)260と、LCフィルタ280と、充電インレット270とを備える。
SMR250は、蓄電装置150とコンバータ200との間に設けられる。SMR250は、蓄電装置150と電気システムとの電気的な接続/遮断を行なうためのリレーであり、ECU170によってオン/オフ制御される。すなわち、車両走行時および車両外部の電源から蓄電装置150の充電時、SMR250はオンされ、蓄電装置150は電気システムに電気的に接続される。一方、車両システムの停止時、SMR250はオフされ、蓄電装置150は電気システムと電気的に遮断される。
コンバータ200は、リアクトルと、2つのnpn型トランジスタと、2つダイオードとを含む。リアクトルは、蓄電装置150の正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続ノードに他端が接続される。2つのnpn型トランジスタは、直列に接続され、各npn型トランジスタにダイオードが逆並列に接続される。
なお、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る。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てもよい。
コンバータ200は、蓄電装置150から第1MG110または第2MG120へ電力が供給される際、ECU170からの制御信号に基づいて、蓄電装置150から放電される電力を昇圧して第1MG110または第2MG120へ供給する。また、コンバータ200は、蓄電装置150を充電する際、第1MG110または第2MG120から供給される電力を降圧して蓄電装置150へ出力する。
第1インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、互いに並列に接続される。各相アームは、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを含み、各npn型トランジスタにはダイオードが逆並列に接続される。各相アームにおける2つのnpn型トランジスタの接続点は、第1MG110における対応のコイル端であって中性点112とは異なる端部に接続される。
そして、第1インバータ210は、コンバータ200から供給される直流電力を交流電力に変換して第1MG110へ供給する。また、第1インバータ210は、第1MG110により発電された交流電力を直流電力に変換してコンバータ200へ供給する。
第2インバータ220も、第1インバータ210と同様の構成から成り、各相アームにおける2つのnpn型トランジスタの接続点は、第2MG120における対応のコイル端であって中性点122とは異なる端部に接続される。
そして、第2インバータ220は、コンバータ200から供給される直流電力を交流電力に変換して第2MG120へ供給する。また、第2インバータ220は、第2MG120により発電された交流電力を直流電流に電力してコンバータ200へ供給する。
さらに、車両外部の電源から蓄電装置150の充電が行なわれるとき、第1インバータ210および第2インバータ220は、後述の方法により、車両外部の電源から第1MG110の中性点112および第2MG120の中性点122に与えられる交流電力をECU170からの制御信号に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力をコンバータ200へ供給する。
DFR260は、中性点112,122に接続される電力線対とLCフィルタ280に接続される電力線対との間に設けられる。DFR260は、充電インレット270と電気システムとの電気的な接続/遮断を行なうためのリレーであり、ECU170によってオン/オフ制御される。すなわち、車両走行時、DFR260はオフされ、電気システムと充電インレット270とは電気的に切離される。一方、車両外部の電源から蓄電装置150の充電時、DFR260はオンされ、充電インレット270が電気システムに電気的に接続される。
LCフィルタ280は、DFR260と充電インレット270との間に設けられ、車両外部の電源から蓄電装置150の充電時、プラグインハイブリッド車の電気システムから車両外部の電源へ高周波のノイズが出力されるのを防止する。
充電インレット270は、車両外部の電源から充電電力を受電するための電力インターフェースである。車両外部の電源から蓄電装置150の充電時、充電インレット270には、車両外部の電源から車両へ電力を供給するための充電ケーブルのコネクタが接続される。
ECU170は、SMR250、コンバータ200、第1インバータ210、第2インバータ220およびDFR260を駆動するための制御信号を生成し、これら各装置の動作を制御する。
図4は、図3に示した電気システムの充電機構に関する部分の概略構成図である。図4を参照して、プラグインハイブリッド車と車両外部の電源とを連結する充電ケーブル300は、コネクタ310と、プラグ320と、CCID(Charging Circuit Interrupt Device)330とを含む。
コネクタ310は、車両に設けられた充電インレット270に接続可能に構成される。コネクタ310には、リミットスイッチ312が設けられている。そして、コネクタ310が充電インレット270に接続されると、リミットスイッチ312が作動し、コネクタ310が充電インレット270に接続されたことを示すケーブル接続信号PISWがECU170に入力される。
プラグ320は、たとえば家屋に設けられた電源コンセント400に接続される。電源コンセント400には、電源402(たとえば系統電源)から交流電力が供給される。
CCID330は、リレー332と、EVSE制御装置334とを含む。リレー332は、電源402からプラグインハイブリッド車へ充電電力を供給するための電力線対に設けられる。リレー332は、EVSE制御装置334によってオン/オフ制御され、リレー332がオフされているときは、電源402からプラグインハイブリッド車へ電力を供給する電路が遮断される。一方、リレー332がオンされると、電源402からプラグインハイブリッド車へ電力を供給可能になる。
EVSE制御装置334は、プラグ320が電源コンセント400に接続されているとき、電源402から供給される電力によって動作する。そして、EVSE制御装置334は、コントロールパイロット線を介して車両のECU170へ送信されるパイロット信号CPLTを発生し、コネクタ310が充電インレット270に接続され、かつ、パイロット信号CPLTの電位が規定値に低下すると、規定のデューティーサイクル(発振周期に対するパルス幅の比)でパイロット信号CPLTを発振させる。
このデューティーサイクルは、電源402から充電ケーブル300を介して車両へ供給可能な定格電流に基づいて設定される。
図5は、図4に示したEVSE制御装置334によって発生されるパイロット信号CPLTの波形を示した図である。図5を参照して、パイロット信号CPLTは、規定の周期Tで発振する。ここで、電源402から充電ケーブル300を介して車両へ供給可能な定格電流に基づいてパイロット信号CPLTのパルス幅Tonが設定される。そして、周期Tに対するパルス幅Tonの比で示されるデューティーによって、パイロット信号CPLTを用いてEVSE制御装置334から車両のECU170へ定格電流が通知される。
なお、定格電流は、充電ケーブル毎に定められており、充電ケーブルの種類が異なれば、定格電流も異なるので、パイロット信号CPLTのデューティーも異なる。そして、車両のECU170は、充電ケーブル300に設けられたEVSE制御装置334から送信されるパイロット信号CPLTをコントロールパイロット線を介して受信し、その受信したパイロット信号CPLTのデューティーを検知することによって、電源402から充電ケーブル300を介して車両へ供給可能な定格電流を検知することができる。
再び図4を参照して、EVSE制御装置334は、車両側で充電準備が完了すると、リレー332をオンさせる。
車両側には、電圧センサ171と、電流センサ172とが設けられる。電圧センサ171は、充電インレット270とLCフィルタ280との間の電力線対間の電圧VACを検出し、その検出値をECU170へ出力する。電流センサ172は、DFR260と第1MG110の中性点112との電力線に流れる電流IACを検出し、その検出値をECU170へ出力する。なお、電流センサ172は、DFR260と第2MG120の中性点122との電力線に設けてもよい。
図6は、図4に示した充電機構をより詳細に説明するための図である。図6を参照して、CCID330は、リレー332およびEVSE制御装置334の他、電磁コイル606と、漏電検出器608とを含む。EVSE制御装置334は、発振器602と、抵抗素子R1と、電圧センサ604とを含む。
発振器602は、電圧センサ604によって検出されるパイロット信号CPLTの電位が規定の電位V1(たとえば12V)近傍のときは非発振の信号を出力し、パイロット信号CPLTの電位がV1から低下すると、規定の周波数(たとえば1kHz)およびデューティーサイクルで発振する信号を出力する。なお、パイロット信号CPLTの電位は、後述のように、ECU170の抵抗回路502で抵抗値を切替えることによって操作される。また、上述のように、デューティーサイクルは、電源402から充電ケーブルを介して車両へ供給可能な定格電流に基づいて設定される。
そして、パイロット信号CPLTの電位が規定の電位V3(たとえば6V)近傍に低下すると、EVSE制御装置334は、電磁コイル606へ電流を供給する。電磁コイル606は、EVSE制御装置334から電流が供給されると電磁力を発生し、リレー332をオン状態にする。
漏電検出器608は、電源402からプラグインハイブリッド車へ充電電力を供給するための電力線対に設けられ、漏電の有無を検出する。具体的には、漏電検出器608は、電力線対に互いに反対方向に流れる電流の平衡状態を検出し、その平衡状態が破綻すると漏電の発生を検知する。なお、特に図示しないが、漏電検出器608により漏電が検出されると、電磁コイル606への給電が遮断され、リレー332がオフされる。
一方、ECU170は、抵抗回路502と、入力バッファ504,506と、CPU(Control Processing Unit)508とを含む。また、充電インレット270は、プルダウン抵抗R4と、スイッチSW2とを含む。
抵抗回路502は、プルダウン抵抗R2,R3と、スイッチSW1とを含む。プルダウン抵抗R2は、パイロット信号CPLTが通信されるコントロールパイロット線L1と車両アース512との間に接続される。プルダウン抵抗R3およびスイッチSW1は、直列に接続され、その直列接続されたプルダウン抵抗R3およびスイッチSW1から成る回路は、プルダウン抵抗R2に並列に接続される。スイッチSW1は、CPU508からの制御信号に応じてオン/オフされる。
この抵抗回路502は、パイロット信号CPLTの電位を操作するための回路である。すなわち、コネクタ310が充電インレット270に接続されると、抵抗回路502は、プルダウン抵抗R2によってパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V2(たとえば9V)に低下させる。また、抵抗回路502は、CPU508からの制御信号に応じてスイッチSW1がオンすると、プルダウン抵抗R2,R3によってパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V3(たとえば6V)に低下させる。
プルダウン抵抗R4およびスイッチSW2は、直列に接続され、その直列接続されたプルダウン抵抗R4およびスイッチSW2から成る回路は、コントロールパイロット線L1と車両アース512に接続される接地線L2との間に接続される。すなわち、プルダウン抵抗R4およびスイッチSW2から成る回路は、抵抗回路502に並列に接続される。スイッチSW2は、CPU508からの制御信号に応じてオン/オフされる。
このプルダウン抵抗R4は、コントロールパイロット線L1の断線検出を行なうために設けられるものであり、たとえば、パイロット信号CPLTの電位を規定の電位V3に低下させるために抵抗素子R1と同等の抵抗値を有する。なお、このプルダウン抵抗R4を用いたコントロールパイロット線L1の断線検出については、後ほど詳しく説明する。
入力バッファ504は、コントロールパイロット線L1のパイロット信号CPLTを受け、その受けたパイロット信号CPLTをCPU508へ出力する。入力バッファ506は、コネクタ310のリミットスイッチ312に接続される信号線L3からケーブル接続信号PISWを受け、その受けたケーブル接続信号PISWをCPU508へ出力する。
なお、信号線L3にはECU170から電圧がかけられており、コネクタ310が充電インレット270に接続されると、リミットスイッチ312がオンすることによって信号線L3の電位は接地レベルとなる。すなわち、ケーブル接続信号PISWは、コネクタ310が充電インレット270に接続されているときL(論理ロー)レベルとなり、非接続時はH(論理ハイ)レベルとなる信号である。
CPU508は、入力バッファ506から受けるケーブル接続信号PISWに基づいて充電インレット270とコネクタ310との接続を判定する。また、CPU508は、入力バッファ504から受けるパイロット信号CPLTに基づいて、電源402からプラグインハイブリッド車へ供給可能な定格電流を検出する。
そして、定格電流が検出され、蓄電装置150の充電準備が完了すると、CPU508は、スイッチSW1へ出力される制御信号を活性化する。これにより、パイロット信号CPLTの電位がV3に低下し、CCID330においてリレー332がオンされる。その後、CPU508は、DFR260をオンする。これにより、電源402からの交流電力が第1MG110の中性点112および第2MG120の中性点122に与えられ(いずれも図示せず)、蓄電装置150の充電制御が実行される。
また、CPU508は、ケーブル接続信号PISWに基づいてコネクタ310と充電インレット270との接続が検出されているとき、パイロット信号CPLTおよび電圧センサ171からの電圧VACの検出値に基づいて、コントロールパイロット線L1の断線検出を行なう。コントロールパイロット線L1の断線検出は、以下のように行なわれる。
CPU508においてケーブル接続信号PISWに基づきコネクタ310と充電インレット270との接続が検出されているにも拘わらずパイロット信号CPLTの電位が接地レベルのとき、コントロールパイロット線L1の断線が疑われる。しかしながら、電源402の停電やプラグ320と電源コンセント400との非接続によりEVSE制御装置334からパイロット信号CPLTが発生していない場合も含まれるので、パイロット信号CPLTの電位が接地レベルというだけでは、コントロールパイロット線L1が断線していると断定することはできない。
そこで、この実施の形態では、EVSE制御装置334から出力されるパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V3に低下させるためのプルダウン抵抗R4が充電インレット270に設けられている。そして、ケーブル接続信号PISWに基づきコネクタ310と充電インレット270との接続が検出されているにも拘わらずCPU508が受けるパイロット信号CPLTの電位が接地レベルのとき、CPU508は、スイッチSW2へ出力される制御信号を活性化する。
ここで、電源402が停電しておらず、かつ、プラグ320が電源コンセント400に接続されていれば、EVSE制御装置334から出力されるパイロット信号CPLTの電位がプルダウン抵抗R4によって電位V3に低下することにより、EVSE制御装置334はリレー332をオンする。そうすると、電源402から充電ケーブル300を介して車両へ電力が供給され(DFR260はオフされているので、中性点112,122へは電力は供給されない。)、電圧センサ171によって電源402の電圧が検出される。そして、CPU508は、電圧センサ171によって電源402の電圧が検出されたとき、コントロールパイロット線L1が断線しているものと判定することができる。
一方、CPU508は、スイッチSW2へ出力される制御信号を活性化したにも拘わらず、電圧センサ171によって電源402の電圧が検出されない場合には、CPU508は、電源402が停電しているか、または、プラグ320が電源コンセント400に接続されていないと判断することができる。
なお、充電インレット270にプルダウン抵抗R4が設けられるこの実施の形態においては、コントロールパイロット線L1の断線を検出可能な範囲は、充電インレット270とECU170との間(たとえば充電インレット270とECU170とを接続するワイヤハーネスなど)である。
なお、コントロールパイロット線L1の断線が検出された場合、CPU508は、電源402から蓄電装置150の充電を中止し、その検出結果を記憶するとともに、断線発生の警報を利用者に対して出力する。
図7は、パイロット信号CPLTおよびスイッチSW1,SW2のタイミングチャートである。なお、この図7において、「パイロット信号CPLT(ケーブル側)」は、EVSE制御装置334の電圧センサ604で検出されるパイロット信号CPLTの電位を示す。また、「パイロット信号CPLT(車両側)」は、CPU508で検出されるパイロット信号CPLTの電位を示す。
図7および図6を参照して、時刻t1において、充電ケーブル300のプラグ320が電源402の電源コンセント400に接続されると、電源402からの電力を受けてEVSE制御装置334がパイロット信号CPLTを発生する。
なお、この時点では、充電ケーブル300のコネクタ310は車両側の充電インレット270に接続されておらず、パイロット信号CPLTの電位はV1(たとえば12V)であり、パイロット信号CPLTは非発振状態である。
時刻t2において、コネクタ310が充電インレット270に接続されると、抵抗回路502のプルダウン抵抗R2によってパイロット信号CPLTの電位はV2(たとえば9V)に低下する。そうすると、時刻t3において、EVSE制御装置334はパイロット信号CPLTを発振させる。そして、CPU508においてパイロット信号CPLTのデューティーに基づき定格電流が検出され、充電制御の準備が完了すると、時刻4において、CPU508によりスイッチSW1がオンされる。そうすると、抵抗回路502のプルダウン抵抗R3によってパイロット信号CPLTの電位はV3(たとえば6V)にさらに低下する。
そして、パイロット信号CPLTの電位がV3に低下すると、EVSE制御装置334から電磁コイル606へ電流が供給され、CCID330のリレー332がオンされる。その後、車両においてDFR260がオンされ、電源402から蓄電装置150の充電が実行される。
時刻t5において、車両内においてコントロールパイロット線L1の断線が発生したものとする。断線により、EVSE制御装置334側では、パイロット信号CPLTの電位はV1に復帰し、車両側では、パイロット信号CPLTの電位は接地レベルとなる。なお、特に図示していないが、パイロット信号CPLTの電位がV1となったことにより、CCIDリレー332はオフされる。
車両側では、ケーブル接続信号PISWに基づいてコネクタ310と充電インレット270との接続が検出されているにも拘わらずパイロット信号CPLTの電位が接地レベルとなるので、時刻t6において、CPU508によりスイッチSW2がオンされる。そうすると、EVSE制御装置334においてプルダウン抵抗R4によりパイロット信号CPLTの電位がV3に低下し、CCIDリレー332がオンされる。
そして、車両側において、パイロット信号CPLTの電位が接地レベルであるにも拘わらず電圧センサ171によって電源402の電圧が検出された場合には、コントロールパイロット線L1が断線しているものと判定される。
以上のようにして、パイロット信号CPLTを用いて車両外部の電源402から蓄電装置150の充電が実行されるとともに、パイロット信号CPLTが通信されるコントロールパイロット線L1の断線検出が実施される。
次に、電源402から蓄電装置150の充電実行時における第1インバータ210および第2インバータ220の動作について説明する。
図8は、図3に示した第1および第2インバータ210,220ならびに第1および第2MG110,120の零相等価回路を示した図である。第1インバータ210および第2インバータ220の各々は、図3に示したように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける6個のスイッチング素子のオン/オフの組合わせは8パターン存在する。その8つのスイッチングパターンのうち2つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの3つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態(全てオンまたはオフ)とみなすことができ、また、下アームの3つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。
車両外部の電源402から蓄電装置150の充電時、電圧センサ171(図4)によって検出される電圧VACとパイロット信号CPLTによってEVSE制御装置334から通知される定格電流とによって生成される零相電圧指令に基づいて、第1および第2インバータ210,220の少なくとも一方において零電圧ベクトルが制御される。したがって、この図8では、第1インバータ210の上アームの3つのスイッチング素子は上アーム210Aとしてまとめて示され、第1インバータ210の下アームの3つのスイッチング素子は下アーム210Bとしてまとめて示されている。同様に、第2インバータ220の上アームの3つのスイッチング素子は上アーム220Aとしてまとめて示され、第2インバータ220の下アームの3つのスイッチング素子は下アーム220Bとしてまとめて示されている。
そして、図8に示されるように、この零相等価回路は、電源402から第1MG110の中性点112および第2MG120の中性点122に与えられる単相交流電力を入力とする単相PWMコンバータとみることができる。そこで、第1および第2インバータ210,220の少なくとも一方において零相電圧指令に基づいて零電圧ベクトルを変化させ、第1および第2インバータ210,220を単相PWMコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、電源402から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置150を充電することができる。
以上のように、この実施の形態においては、EVSE制御装置334から出力されるパイロット信号CPLTの電位を規定の電位V3に強制的に低下させるためのプルダウン抵抗R4が充電インレット270に設けられるので、コントロールパイロット線L1の断線により抵抗回路502が機能しなくなっても、EVSE制御装置334にパイロット信号CPLTの電位低下を与えることができる。これにより、車両と充電ケーブル300との接続を前提として、CCID330のリレー332をオンすることで車両において電源402の電圧とパイロット信号CPLTとを同時に検出可能となる。そして、電圧センサ171によって電源402の電圧が検出されるにも拘わらずCPU508においてパイロット信号CPLTが検出されない場合には、コントロールパイロット線L1の断線と判断でき、電源402の電圧が検出されない場合には、電源402からの給電が無いと判断できる。したがって、この実施の形態によれば、コントロールパイロット線L1の断線を電源402からの無給電と区別して検出することが可能となる。
なお、上記の実施の形態においては、プルダウン抵抗R4は、充電インレット270に設けられるものとしたが、充電インレット270とECU170との間に配設されるワイヤハーネスの充電インレット270直近や、EVSE制御装置334に設けてもよい。なお、プルダウン抵抗R4をEVSE制御装置334に設ける場合には、車両側からスイッチSW2をオン/オフするための信号線を別途設ける必要がある。
また、上記の実施の形態においては、電源402から供給される充電電力を第1MG110の中性点112および第2MG120の中性点122に与え、第1および第2インバータ210,220を単相PWMコンバータとして動作させることによって蓄電装置150を充電するものとしたが、電源402から蓄電装置150を充電するための専用の充電器を別途設けてもよい。
図9は、電源402から蓄電装置150を充電するための専用の充電器を搭載したプラグインハイブリッド車の電気システムの全体構成図である。図9を参照して、この電気システムは、図3に示した電気システムにおいて充電器294をさらに備える。充電器294は、SMR250とコンバータ200との間の電力線に接続され、充電器294の入力側にDFR260およびLCフィルタ280を介して充電ポート270が接続される。そして、電源402から蓄電装置150の充電時、充電器294は、ECU170からの制御信号に基づいて、電源402から供給される充電電力を蓄電装置150の電圧レベルに変換して蓄電装置150へ出力し、蓄電装置150を充電する。
なお、図10に示されるように、図9に示した電気システムの充電機構に関する部分の構成は、図4に示した上記の実施の形態における充電機構の構成と同じである。
なお、充電器294がトランスを含み、そのトランスによって充電器294の入力側と出力側とが絶縁されている場合には、DFR260は省略してもよい。
また、上記の実施の形態においては、動力分割機構130によりエンジン100の動力を分割して駆動輪160と第1MG110とに伝達可能なシリーズ/パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。すなわち、たとえば、第1MG110を駆動するためにのみエンジン100を用い、第2MG120でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジン100が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。
また、この発明は、コンバータ200を備えないハイブリッド車にも適用可能である。
また、この発明は、エンジン100を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、電源として蓄電装置に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。
なお、上記において、抵抗回路502は、この発明における「電位操作回路」の一実施例に対応し、プルダウン抵抗R4は、この発明における「抵抗素子」の一実施例に対応する。また、充電インレット270は、この発明における「車両インレット」の一実施例に対応し、スイッチSW2は、この発明における「スイッチ」の一実施例に対応する。さらに、リレー332は、この発明における「リレー」の一実施例に対応し、電圧センサ604は、この発明における「第1の電圧検出装置」の一実施例に対応する。また、さらに、電圧センサ171は、この発明における「第2の電圧検出装置」の一実施例に対応し、CPU508は、この発明における「異常検出装置」の一実施例に対応する。
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請求の範囲によって示され、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。

Claims (14)

  1. 車両に搭載された車両駆動用の蓄電装置(150)を車両外部の電源(402)から充電可能に構成された車両の充電制御装置であって、
    前記車両の外部に設けられ、前記車両側で電位操作されることにより前記車両の状態を認識可能なパイロット信号(CPLT)を生成して前記車両へ送信可能に構成されたEVSE制御装置(334)と、
    前記車両に搭載され、前記EVSE制御装置(334)からの前記パイロット信号(CPLT)が伝送されるコントロールパイロット線(L1)に接続されて前記車両の状態に応じて前記パイロット信号(CPLT)の電位を規定電位に低減可能に構成された電位操作回路(502)と、
    予め定められた前記コントロールパイロット線(L1)の断線検出可能範囲よりも前記EVSE制御装置(334)側において前記コントロールパイロット線(L1)と接地ノードとの間に配設され、前記車両において前記パイロット信号(CPLT)の異常が検知されたときに前記コントロールパイロット線(L1)の電位を前記規定電位に低下させるための抵抗素子(R4)とを備える、車両の充電制御装置。
  2. 前記パイロット信号(CPLT)は、前記電源(402)から前記車両へ電力を供給するための充電ケーブル(300)を介して前記車両に与えられ、
    前記抵抗素子(R4)は、前記充電ケーブル(300)が接続される前記車両の車両インレット(270)の近傍に設けられる、請求の範囲第1項に記載の車両の充電制御装置。
  3. 前記コントロールパイロット線(L1)と前記接地ノードとの間において前記抵抗素子(R4)に直列に接続され、前記車両において前記パイロット信号(CPLT)の異常が検知されたときにオンされるスイッチ(SW2)をさらに備える、請求の範囲第1項に記載の車両の充電制御装置。
  4. 前記電源(402)から前記車両へ電力を供給するための充電ケーブル(300)に設けられ、与えられる指令に従ってオン/オフされるリレー(332)をさらに備え、
    前記EVSE制御装置(334)は、前記パイロット信号(CPLT)の電位を検出する第1の電圧検出装置(604)を含み、前記第1の電圧検出装置(604)によって検出された電位が前記規定電位に低下すると、前記リレー(332)へ接続指令を出力する、請求の範囲第1項に記載の車両の充電制御装置。
  5. 前記車両において前記電源(402)からの電力を入力するための電力線の電圧を検出する第2の電圧検出装置(171)と、
    前記第2の電圧検出装置(171)による検出電圧および前記パイロット信号(CPLT)に基づいて、前記コントロールパイロット線(L1)の断線および前記電源(402)からの無給電を検出する異常検出装置(508)とをさらに備える、請求の範囲第4項に記載の車両の充電制御装置。
  6. 前記異常検出装置(508)は、前記パイロット信号(CPLT)が無入力であり、かつ、前記第2の電圧検出装置(171)によって前記電源(402)の電圧が検出されたとき、前記コントロールパイロット線(L1)が断線しているものと判定する、請求の範囲第5項に記載の車両の充電制御装置。
  7. 前記異常検出装置(508)は、前記パイロット信号(CPLT)が無入力であり、かつ、前記第2の電圧検出装置(171)によって前記電源(402)の電圧が検出されないとき、前記電源(402)からの給電が無いものと判定する、請求の範囲第5項に記載の車両の充電制御装置。
  8. 車両駆動用の蓄電装置(150)を車両外部の電源(402)から充電可能に構成された車両であって、
    車両外部において生成されるパイロット信号(CPLT)であって当該車両において電位操作されることにより車両外部において当該車両の状態を認識可能な信号を伝送するためのコントロールパイロット線(L1)と、
    前記コントロールパイロット線(L1)に接続され、当該車両の状態に応じて前記パイロット信号(CPLT)の電位を規定電位に低減可能に構成された電位操作回路(502)と、
    予め定められた前記コントロールパイロット線(L1)の断線検出可能範囲よりも前記パイロット信号(CPLT)の車両外部からの入力端子側において前記コントロールパイロット線(L1)と接地ノードとの間に配設され、前記パイロット信号(CPLT)の異常が検知されたときに前記コントロールパイロット線(L1)の電位を前記規定電位に低下させるための抵抗素子(R4)とを備える車両。
  9. 前記パイロット信号(CPLT)は、前記電源(402)から当該車両へ電力を供給するための充電ケーブル(300)を介して当該車両に与えられ、
    前記抵抗素子(R4)は、前記充電ケーブル(300)が接続される車両インレット(270)の近傍に設けられる、請求の範囲第8項に記載の車両。
  10. 前記コントロールパイロット線(L1)と接地ノードとの間において前記抵抗素子(R4)に直列に接続され、前記パイロット信号(CPLT)の異常が検知されたときにオンされるスイッチ(SW2)をさらに備える、請求の範囲第8項に記載の車両。
  11. 前記電源(402)からの電力を入力するための電力線の電圧を検出する電圧検出装置(171)と、
    前記電圧検出装置(171)による検出電圧および前記パイロット信号(CPLT)に基づいて、前記コントロールパイロット線(L1)の断線および前記電源(402)からの無給電を検出する異常検出装置(508)とをさらに備える、請求の範囲第8項に記載の車両。
  12. 前記異常検出装置(508)は、前記パイロット信号(CPLT)が無入力であり、かつ、前記電圧検出装置(171)によって前記電源(402)の電圧が検出されたとき、前記コントロールパイロット線(L1)が断線しているものと判定する、請求の範囲第11項に記載の車両。
  13. 前記異常検出装置(508)は、前記パイロット信号(CPLT)が無入力であり、かつ、前記電圧検出装置(171)によって前記電源(402)の電圧が検出されないとき、前記電源(402)からの給電が無いものと判定する、請求の範囲第11項に記載の車両。
  14. 前記電源(402)から供給される電力を前記蓄電装置(150)の電圧レベルに変換して前記蓄電装置(150)を充電するための充電器(294)をさらに備える、請求の範囲第8項に記載の車両。
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