JP4840199B2 - 車両用電源システム - Google Patents

Description

この発明は、車両用電源システムに関し、より特定的には、車両外部から充電可能に構成された蓄電部を搭載した車両用電源システムに関する。

近年、環境問題を考慮して、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などのように、電動機を駆動力源とする車両が注目されている。このような車両には、電動機に電力を供給したり、回生制動時に運動エネルギーを電気エネルギーに変換して蓄電したりするために、二次電池や電気二重層キャパシタなどからなる蓄電部が搭載されている。

このような電動機を駆動力源とする車両において、加速性能や走行持続距離などの走行性能を高めるために、蓄電部の充放電容量を大きくすることが望ましい。そのため、たとえば特開２０００−３５４３３１号公報（特許文献１）および特開２００３−４７１６３号公報（特許文献２）には、電気自動車の外部の充電器を用いて車載バッテリの充電を行なう方式が開示される。本方式は、電気自動車内に搭載した充電器を用いて充電を行なう方式と比較して、充電器の容量が制限されないため、充電時間を短縮できるという利点を有する。

このような車両外部の充電器を用いて充電を行なう方式の一例として、たとえば特開２０００−３５４３３１号公報（特許文献１）は、１００Ｖ商用電源から車載機に含まれるバッテリに充電を行なう手段と、２００Ｖ商用電源から該バッテリに充電を行なう手段とを有する充電装置を開示する。

これによれば、１００Ｖ商用電源により充電する場合には、コネクタにより車両駆動用のモータの中立点と商用電源とを接続する。一方、２００Ｖ商用電源により充電する場合には、車載機と地上側充電器とをインダクティブ接続することにより車載機と商用電源とを接続する。

また、特開２００３−４７１６３号公報（特許文献２）は、導通充電型（コンダクティブチャージタイプ）の電気自動車を誘導充電型外部充電装置（インダクティブチャージャ）で充電することができるようにした充電方式変換装置を開示する。

ここで、導通充電（コンダクティブチャージ）方式とは、外部に設けられた充電装置と車載バッテリとを導通状態に接続して当該バッテリを充電する方式である。一方、誘導充電（インダクティブチャージ）方式とは、外部に設けられた充電装置と車載バッテリとを電磁誘導を介して接続して当該バッテリを充電する方式である。なお、この誘導充電方式は、充電装置と車載バッテリとが電気的に非接触な状態で充電が行なわれることから、非接触充電方式とも称される。

導通充電方式と誘導充電方式とは充電機構が全く異なるため、導通充電型外部充電装置（コンダクティブチャージャ）と誘導充電型外部充電装置（インダクティブチャージャ）との相互利用は不可能とされている。特開２００３−４７１６３号公報では、充電方式変換装置によって、誘導充電型外部充電装置と導通充電型電気自動車とを接続可能としている。
特開２０００−３５４３３１号公報 特開２００３−４７１６３号公報

ここで、電気自動車の外部の充電器を用いて車載バッテリの充電を行なう際には、車両周辺の環境によって利用可能な充電方式が自ずと制限される。そのため、車両周辺の環境に応じて、上述した充電機構が異なる２つの充電方式が択一的に選択可能とすることにより、車載バッテリの充電可能なエリアが拡大される。

このとき車載バッテリの電力を確保するためには、いずれの充電方式が選択された場合であっても、確実に充電制御が完了することが求められる。これによれば、蓄電部の充電可能エリアの拡大を強化することができる。その結果、車両のエネルギー効率が改善して燃費の向上を図ることができる。

しかしながら、上述した特開２０００−３５４３３１号公報および特開２００３−４７１６３号公報では、充電機構が異なる２つの充電方式に対応可能な充電装置の構成を開示するに留まり、このような課題に対する解決手段を開示していない。

それゆえ、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、蓄電部における充電可能エリアの拡大と確実な充電とを実現可能な車両用電源システムを提供することである。

この発明によれば、車両に搭載された負荷装置に電力を供給する車両用電源システムは、充電可能に構成された蓄電部と、車両の外部と電源システムとを電気的に接続した状態で電力の授受を行なうことにより、蓄電部を充電する導通充電手段と、車両の外部と電源システムとを磁気的に結合した状態で電力の授受を行なうことにより、蓄電部を充電する誘導充電手段と、車両の運転者による操作に応答して誘導充電手段の実行要求を出力する操作手段と、導通充電手段と誘導充電手段とを択一的に選択する充電制御装置とを備える。充電制御装置は、操作手段からの誘導充電手段の実行要求に従って、誘導充電手段の実行が可能か否かを判断する判断手段と、判断手段による誘導充電手段の実行可能性の判断結果に応じて、誘導充電手段を選択する選択手段とを含む。

上記の車両用電源システムによれば、運転者は操作手段を介して誘導充電手段を適宜指定することができる。この場合、誘導充電手段は、その実行可能性が判断された上で選択される。これにより、確実に蓄電部の充電制御を完了させることができるため、蓄電部の充電可能エリアの拡大を強化することができる。その結果、車両のエネルギー効率を改善して燃費を向上させることができる。

誘導充電手段は、車両の外部に設けられた誘導充電型充電装置に含まれるインダクタンスとの間でトランスを構成するように設けられたインダクタンスを有する入力ポートを含み、誘導充電型充電装置からトランスを介して供給された電力を蓄電部に供給するように構成される。判断手段は、操作手段からの誘導充電手段の実行要求に応答して、トランスの１次側インダクタンスに形成される磁界の強さを取得するとともに、取得した磁界の強さがトランスの２次側インダクタンスに所定電圧を誘起可能な所定の閾値以上である場合に、誘導充電手段の実行が可能と判断する。選択手段は、判断手段によって誘導充電手段の実行が可能と判断された場合に、誘導充電手段を選択する。

上記の車両用電源システムによれば、誘導充電手段による蓄電部の充電制御を確実に完了させることができる。

好ましくは、導通充電手段は、車両の外部に設けられた導通充電型充電装置と電源システムとの電気的な接続を確保するために構成されたコネクタを含み、導通充電型充電装置からコネクタを介して供給された電力を蓄電部に供給するように構成される。充電制御装置は、コネクタの閉成状態を検知するための検知手段をさらに含む。選択手段は、操作手段から誘導充電手段の実行要求が出力されず、かつ、コネクタの閉成状態が検知された場合に、導通充電手段を選択する。

上記の車両用電源システムによれば、運転者が操作手段を操作することなく、コネクタを閉成した場合には導通充電手段が選択される。これにより、蓄電部の充電制御を確実に完了させることができる。

好ましくは、判断手段は、取得した磁界の強さがトランスの２次側インダクタンスに所定電圧を誘起可能な所定の閾値を下回るときに、誘導充電手段の実行が不可能と判断する。選択手段は、判断手段によって誘導充電手段の実行が不可能と判断された場合には、コネクタの閉成状態が検知されたことに基づいて導通充電手段を選択する。

上記の車両用電源システムによれば、誘導充電手段の実行可能性が無いと判断された場合には、蓄電部の充電が確保されることを優先して導通充電手段が選択される。したがって、確実に蓄電部の充電制御を完了させることができる。

好ましくは、負荷装置は、各々が星型結線されたステータを含んで構成される第１および第２の回転電機と、電力線と電気的に接続され、それぞれ第１および第２の回転電機を駆動するための第１および第２のインバータとを含む。コネクタは、第１の回転電機の第１の中性点および第２の回転電機の第２の中性点を介して、車両用電源システムと車両の外部との間で電力を授受可能に構成される。第１および第２のインバータの各々は、第１の中性点と第２の中性点との間に与えられる交流電力を直流電力に変換可能に構成される。

上記の車両用電源システムによれば、回転電機を駆動するインバータを、導通充電手段として兼用することができるため、車両の構成を簡素化することができる。

この発明によれば、車載バッテリの充電可能なエリアが拡大されるため、車両のエネルギー効率を改善して燃費の向上を図ることができる。

さらに、確実に車載バッテリの充電制御を完了させることができるため、エネルギー効率の向上を確保することができる。

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。

（車両の構成）
図１は、本発明の実施の形態に従う電源システムを備える車両の要部を示す概略構成図である。なお、本発明に適用される車両は、充放電可能に構成された蓄電部と、該蓄電部から電力の供給を受けて駆動力を発生する電動機とを備える車両であればいずれの形態の車両であってもよいが、一例として、ハイブリッド車両で構成される場合について説明する。

図１を参照して、車両は、電源システム１０００と、第１インバータ（ＩＮＶ１）３０，第２インバータ（ＩＮＶ２）３２，第３インバータ（ＩＮＶ３）３４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とを備える。

インバータ３０，３２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とは、車両の駆動力を発生する駆動力発生部を構成する。本実施の形態では、この駆動力発生部を「負荷装置」とする場合について例示する。すなわち、車両は、電源システム１０００から駆動力発生部へ供給される電力により生じる駆動力を車輪（図示せず）に伝達することにより走行する。また、車両は、回生時において、駆動力発生部によって運動エネルギーから電力を生じさせて電源システム１０００に回収する。

電源システム１０００は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して駆動力発生部との間で直流電力の授受を行なう。

インバータ３０，３２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに並列接続され、それぞれ電源システム１０００との間で電力の授受を行なう。すなわち、インバータ３０，３２は、それぞれ主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬを介して受ける駆動電力（直流電力）を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２へ供給する一方、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２が発電する交流電力を直流電力に変換して回生電力として電源システム１０００へ供給する。なお、インバータ３０，３２は、一例として、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成され、それぞれ制御装置１００から受けたスイッチング指令ＰＷＭ１，ＰＷＭ２に応じて、スイッチング（回路開閉）動作を行なうことで、三相交流電力を発生する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれインバータ３０，３２から供給される交流電力を受けて回転駆動力を発生可能であるとともに、外部からの回転駆動力を受けて発電可能に構成される。一例として、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。そして、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、それぞれ動力伝達機構３８と連結され、発生した駆動力を駆動軸３６によって車輪（図示せず）へ伝達する。

なお、駆動力発生部がハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、動力伝達機構３８または駆動軸３６を介して図示しないエンジンとも連結される。そして、制御装置１００によって、エンジンの発生する駆動力とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生する駆動力とが最適な比率となるように制御が実行される。このようなハイブリッド車両に適用される場合には、モータジェネレータＭＧ１を専ら発電機として機能させ、モータジェネレータＭＧ２を専ら電動機として機能させることもできる。

制御装置１００は、予め格納されたプログラムを実行することで、図示しない各センサから送信された信号、走行状況、アクセル開度の変化率、および格納しているマップなどに基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２のトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を算出する。そして、制御装置１００は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発生トルクおよび回転数がそれぞれトルク目標値ＴＲ１，ＴＲ２および回転数目標値ＭＲＮ１，ＭＲＮ２となるように、スイッチング指令ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成してインバータ３０，３２を制御する
（電源システムの構成）
電源システム１０００は、平滑コンデンサＣと、コンバータ（ＣＯＮＶ１）２０と、蓄電部１０と、充放電電流検出部１６と、充放電電圧検出部１４と、温度検出部１２と、制御装置１００と、メーター７０とを備える。

平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、コンバータ２０から出力される駆動電力および駆動力発生部から出力される回生電力に含まれる変動成分を低減する。

コンバータ２０は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬと蓄電部１０との間に設けられ、蓄電部１０と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電力変換動作を行なう。具体的には、コンバータ２０は、蓄電部１０からの放電電力を所定の電圧に昇圧して駆動電力として供給する一方、駆動力発生部から供給される回生電力を所定の電圧に降圧して蓄電部１０を充電する。一例として、コンバータ２０は、昇降圧チョッパ回路により構成される。

蓄電部１０は、コンバータ２０を介して、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに並列接続される。蓄電部１０は、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの充放電可能に構成された二次電池、もしくは電気二重層キャパシタからなる。

充放電電流検出部１６は、蓄電部１０とコンバータ２０とを接続する一方の電力線に介装され、蓄電部１０の充放電時に用いられる充放電電流値Ｉｂａｔを検出し、その検出結果を制御装置１００へ出力する。

充放電電圧検出部１４は、蓄電部１０とコンバータ２０とを接続する電力線ＰＬ，ＮＬ間に接続され、蓄電部１０の充放電電圧値Ｖｂａｔを検出し、その検出結果を制御装置１００へ出力する。

温度検出部１２は、蓄電部１０を構成する電池セルなどに近接して配置され、蓄電部１０の内部温度である蓄電部温度Ｔｂａｔを検出し、その検出結果を制御装置１００へ出力する。なお、温度検出部１２は、蓄電部１０を構成する複数の電池セルに対応付けて配置された複数の検出素子の検出結果に基づいて、平均化処理などにより代表値を出力するように構成してもよい。

制御装置１００は、充放電電流検出部１６から受けた充放電電流値Ｉｂａｔと、充放電電圧検出部１４から受けた充放電電圧値Ｖｂａｔと、温度検出部１２から受けた蓄電池温度Ｔｂａｔとに基づいて、蓄電部１０の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）を算出する。

蓄電部１０のＳＯＣを算出する構成については、様々な周知技術を用いることができるが、一例として、制御装置１００は、開回路電圧値から算出される暫定ＳＯＣと、充放電電流値の積算値から算出される補正ＳＯＣとを加算することでＳＯＣを導出する。具体的には、制御装置１００は、各時点における充放電電流値Ｉｂａｔおよび充放電電圧値Ｖｂａｔから蓄電部１０の開回路電圧値を算出し、当該開回路算出値を予め実験的に測定された蓄電部１０の基準状態におけるＳＯＣと開回路電圧値との関係を示す基準充放電特性に適用することで、蓄電部１０の暫定ＳＯＣを算出する。さらに、制御装置１００は、充放電電流値Ｉｂａｔを積算して補正ＳＯＣを算出し、この補正ＳＯＣに暫定ＳＯＣを加算することでＳＯＣを導出する。

そして、制御装置１００は、導出した蓄電部１０のＳＯＣをメーター７０へ送信する。メーター７０は、受信した蓄電部１０のＳＯＣを、車室内の運転席近傍に設けられた表示回路（図示せず）に表示する。車両の運転者は、表示回路に表示されたＳＯＣを参照して蓄電部１０の充電が必要と判断した場合には、後述する方法によって充電コネクタ８０またはインダクティブチャージ選択スイッチ６０を媒体として蓄電部１０の充電要求を制御装置１００へ送信する。

（蓄電部の充電制御）
蓄電部１０の充電制御は、後述する制御構造に従って、充電コネクタ８０またはインダクティブチャージ選択スイッチ６０を媒体として送信される運転者の充電要求をトリガ信号として開始される。このときの充電制御は、予め設定された２種類の充電モードの中から、運転者からの充電要求により指定された充電モードを選択して実行される。

具体的には、充電モードとしては、コンダクティブチャージ（導通充電）モードと、インダクティブチャージ（誘導充電）モードとが設定されている。

コンダクティブチャージモードとは、上述したように、外部に設けられた充電装置と車載バッテリとを導通状態に接続して当該バッテリを充電するモードである。本実施の形態において、コンダクティブチャージは、車両を、供給線ＡＣＬを介して充電コネクタ８０により車両外部の住宅内の電源コンセントに接続し、車両に商用電源線（図示せず）を介して住宅に供給される商用電源を与えることにより行なわれる。このとき、蓄電部１０は、住宅から与えられる商用電源により充電される。

詳細には、本実施の形態においては、インバータ３４が、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに対してインバータ３０，３２と並列接続される。インバータ３４はさらに、供給線ＡＣＬおよび充電コネクタ８０を介して、住宅内の商用電源（図示せず）と電気的に接続され、商用電源との間で電力を授受可能に構成される。

そして、インバータ３４は、充電コネクタ８０および供給線ＡＣＬを介して車両外部から供給される商用電力を受けて、電源システム１０００へ供給するための直流電力を生成する。一例として、インバータ３４は、車両外部の住宅（図示せず）内で使用される電力の形態に対応するように、単相インバータからなる。

なお、正供給線ＡＣＬｐに介装された供給電流検出部８６は、商用電源からの供給電流ＩＡＣを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。また、正供給線ＡＣＬｐと負供給線ＡＣＬｎとの間に接続された供給電圧検出部８４は、商用電源からの供給電圧ＶＡＣを検出し、その検出値を制御装置１００へ出力する。

また、コネクタ開閉検知部８２は、充電コネクタ８０の閉成、すなわち、車両と商用電源との電気的接続を検知し、その検知結果を指示する信号（コネクタ閉成信号）ＯＣＤを生成して制御装置１００へ出力する。

一方、インダクティブチャージモードとは、上述したように、外部に設けられた充電装置と車載バッテリとを電磁誘導を介して接続して当該バッテリを充電するモードである。なお、このインダクティブチャージモードは、充電装置と車載バッテリとが電気的に非接触な状態で充電が行なわれることから、非接触充電モードとも称される。

本実施の形態において、インダクティブチャージは、電源が接続された誘導充電型充電器（インダクティブチャージャ）５０を、ポート４２を介して電源システム１０００と磁気的に結合することにより行なわれる。このとき、蓄電部１０は、インダクティブチャージャ５０から与えられる電源により充電される。

詳細には、インダクティブチャージャ５０は、整流回路５８と、平滑化回路５６と、スイッチング回路５４と、パドル５２とを含む。電源からの電力は、整流回路５８、平滑化回路５６およびスイッチング回路５４を経て、パドル５２に送られる。パドル５２は、ポート４２に対向配置され、それぞれのインダクタンスが一体となってトランスを構成している。

そして、トランスの１次側を構成するパドル５２のインダクタンスには、スイッチング回路５４により断続的に電流が流れる。このときの電流の時間的変化を受けて、パドル５２に生ずる磁束鎖交数が時間的に変化する。これにより、パドル５２には起電力（自己誘導起電力）が誘起される。そして、パドル５２の磁界の時間的変化を受けて、トランスの２次側を構成するポート４２のインダクタンスには起電力（相互誘導起電力）が誘起される。

なお、パドル５２の近傍には、パドル５２に生じた磁界の強さ（以下、単に磁界Ｈとも称す。）を検出するための磁界検出部４４が設けられる。磁界検出部４４は、後述する方法によって制御装置１００からの磁界の検出要求を指示する信号（磁界検出要求信号）ＲＥＱを受けると、磁界検出要求信号ＲＥＱに応答してパドル５２の磁界Ｈを検出し、その検出結果を制御装置１００へ出力する。

電源システム１０００には、ポート４２と、ポート４２に誘起された電圧を蓄電部１０の充電に好適な直流電圧に整流するための整流回路４０とが設けられる。整流回路４０は、電力線ＰＬ，ＮＬに対してコンバータ２０と並列に接続される。

整流回路４０と電力線ＰＬとの間には、リレー回路４６が接続される。リレー回路４６は、制御装置１００から出力される信号ＳＥに応じて導通／非導通が制御される。詳細には、リレー回路４６は、信号ＳＥがＨ（論理ハイ）レベルのときに導通し、信号ＳＥがＬ（論理ロー）レベルのときに非導通となる。そして、Ｈレベルの信号ＳＥに応じてリレー回路４６が導通している期間において、ポート４２に誘起された電圧は、整流回路４０を経て電力線ＰＬ，ＮＬに導かれ、蓄電部１０に供給される。

ここで、上述したように、蓄電部１０の充電制御は、充電コネクタ８０またはインダクティブチャージ選択スイッチ６０を媒体として送信される運転者の充電要求をトリガ信号として開始される。このときの充電モードは、以下に述べるように、制御装置１００によって、運転者からの充電要求に応じてコンダクティブチャージモードおよびインダクティブチャージモードが択一的に選択される。

詳細には、本実施の形態において、電源システム１０００は、インダクティブチャージ選択スイッチ６０をさらに備える。インダクティブチャージ選択スイッチ６０は、例えば車室内の運転席近傍に設けられた押しボタンスイッチ等で構成される。

インダクティブチャージ選択スイッチ６０は、インダクティブチャージモードによる充電を希望する運転者が、当該スイッチを操作（プッシュ）することによってオン状態に設定される。このとき、インダクティブチャージ選択スイッチ６０は、オン状態に設定されたことを指示する信号（インダクティブチャージ選択信号）ＩＣＳを生成し、その生成したインダクティブチャージ選択信号ＩＣＳを制御装置１００へ出力する。

また、制御装置１００には、上述したように、コネクタ開閉検知部８２からの充電コネクタ８０の閉成を指示する信号（コネクタ閉成信号）ＯＣＤが入力される。

そして、制御装置１００は、これらの入力信号をトリガ信号として蓄電部１０の充電制御を開始する。このとき制御装置１００は、これらの入力信号に基づいて、コンダクティブチャージモードおよびインダクティブチャージモードを択一的に選択する。

図２は、制御装置１００における蓄電部１０の充電制御を実現するための制御構造を示すブロック図である。

図２を参照して、制御装置１００は、蓄電部充電モード決定部１０２と、目標値決定部１０４と、蓄電部制御部１０６と、減算部１０８と、積算部１１０，１２０と、比例制御部（ＰＩ）１１２と、選択部１１４，１２４と、変調部（ＭＯＤ）１１６と、比較器（ＣＯＭ）１２２とを含む。

目標値決定部１０４は、コネクタ開閉検知部８２から送信されるコネクタ閉成信号ＯＣＤおよび／またはインダクティブチャージ選択スイッチ６０から送信されるインダクティブチャージ選択信号ＩＣＳを受けたことに応じて、運転者から蓄電部１０の充電要求がなされたと判断して充電制御を開始する。

最初に、目標値決定部１０４は、蓄電部制御部１０６から受ける蓄電部１０の充電許容電力Ｗｉｎに基づいて、蓄電部１０における目標充電電力Ｐｃ＊を決定する。

詳細には、蓄電部１０の充電許容電力Ｗｉｎは、蓄電部制御部１０６において、蓄電部１０の充電状態ＳＯＣに基づいて導出される。蓄電部制御部１０６は、充放電電流検出部１６からの充放電電流Ｉｂａｔ、充放電電圧検出部１４からの充放電電圧Ｖｂａｔおよび温度検出部１２からの蓄電部温度Ｔｂａｔに基づいて、上述した方法によって蓄電部１０のＳＯＣを算出する。そして、その算出したＳＯＣに基づいて、充電許容電力Ｗｉｎを導出する。充電許容電力Ｗｉｎは、その化学反応的な限界で規定される、各時点における充電電力の短時間の制限値である。

目標値決定部１０４は、導出された充電許容電力Ｗｉｎを上限値として、蓄電部１０の目標充電電力Ｐｃ＊を決定する。そして、目標値決定部１０４は、その決定した目標充電電力Ｐｃ＊を蓄電部充電モード決定部１０２へ出力する。

次に、蓄電部充電モード決定部１０２は、コネクタ開閉検知部８２からコネクタ閉成信号ＯＣＤを受け、インダクティブチャージ選択スイッチ６０からインダクティブチャージ選択信号ＩＣＳを受け、目標値決定部１０４から目標充電電力Ｐｃ＊を受けると、これらの入力信号に基づいて蓄電部１０の充電モードを決定する。

詳細には、蓄電部充電モード決定部１０２は、コネクタ閉成信号ＯＣＤを受け、かつ、インダクティブチャージ選択信号ＩＣＳを受けていない場合には、運転者がコンダクティブチャージモードによる充電を要求していると判断し、運転者の要求に従ってコンダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、蓄電部充電モード決定部１０２は、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃをオンに設定する一方で、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃをオフに設定する。

一方、インダクティブチャージ選択信号ＩＣＳを受けた場合には、蓄電部充電モード決定部１０２は、運転者がインダクティブチャージモードによる充電を要求していると判断する。この場合、蓄電部充電モード決定部１０２は、充電モードの決定に先立って、インダクティブチャージモードによる充電が可能か否かをさらに判断する。確実にインダクティブチャージを完了させるためである。

具体的には、蓄電部充電モード決定部１０２は、インダクティブチャージャ５０（図１）によってトランスの２次側（ポート４２のインダクタンスに相当）に誘起される電力（相互誘導起電力）が、目標充電電力Ｐｃ＊以上であるか否かを判断する。この判断は、蓄電部充電モード決定部１０２から送信される磁界検出要求信号ＲＥＱに応答して磁界検出部４４が検出したパドル５２の磁界Ｈに基づいて行なわれる。

すなわち、パドル５２の磁界Ｈが、ポート４２に目標充電電力Ｐｃ＊を誘起可能な所定の閾値Ｈ０以上である場合には、蓄電部充電モード決定部１０２は、インダクティブチャージによる充電が実行可能であると判断し、インダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、蓄電部充電モード決定部１０２は、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃをオンに設定する一方で、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃをオフに設定する。

一方、パドル５２の磁界Ｈが所定の閾値Ｈ０を下回る場合には、蓄電部充電モード決定部１０２は、インダクティブチャージによる充電が実行不可能であると判断する。この場合、蓄電部充電モード決定部１０２は、インダクティブチャージが実行不可能であることを指示する信号ＩＣＦＡＩＬを生成してメーター７０へ出力する。メーター７０は、表示回路を用いてインダクティブチャージが不可能であることを運転者に警告する。

その後、警告を受けた運転者が充電コネクタ８０を閉成して車両と商用電源とを電気的に接続した場合には、コネクタ閉成信号ＯＣＤが蓄電部充電モード決定部１０２に与えられる。この場合、蓄電部充電モード決定部１０２は、コンダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、蓄電部充電モード決定部１０２は、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃをオンに設定する一方で、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃをオフに設定する。

一方、警告を受けたにも拘らず、車両近傍に商用電源が存在しないために車両と商用電源との電気的接続が確保できない場合には、蓄電部充電モード決定部１０２は、コネクタ閉成信号ＯＣＤを受けていないことに基づいて、蓄電部１０の充電自体が実行不可能であると判断する。この場合、蓄電部充電モード決定部１０２は、充電モードの決定を行なうことなく、充電が実行不可能であることを指示する信号ＦＡＩＬを生成してメーター７０へ出力する。メーター７０は、表示回路を用いて充電不可能であることを運転者に警告する。

以上に述べたような手順に従って充電モードが決定されると、その決定された充電モードで蓄電部１０の充電が行なわれるように、インバータ３４またはリレー回路４６（図１）が制御される。

詳細には、目標値決定部１０４は、決定した目標充電電力Ｐｃ＊に基づいて商用電源（図示せず）に対する目標供給電力ＰＡＣ＊を決定し、その決定した目標供給電力ＰＡＣ＊を減算部１０８へ出力する。

減算部１０８は、目標供給電力ＰＡＣ＊と充電コネクタ８０を介して商用電源から供給される電力ＰＡＣ（実績値）との電力偏差を演算し、比例制御部（ＰＩ）１１２へ出力する。なお、商用電源の供給電力ＰＡＣは、積算部１１０が、供給電流検出部８６からの供給電流ＩＡＣと供給電圧検出部８４からの供給電圧ＶＡＣとを掛け算して算出される。

比例制御部（ＰＩ）１１２は、少なくとも比例要素および積分要素を含んで構成され、入力された電力偏差に応じてデューティー指令Ｔｏｎを生成する。デューティー指令Ｔｏｎは、インバータ３４（図１）を構成するトランジスタ（図示せず）のオンデューティーを規定する制御指令である。

選択部１１４は、デューティー指令Ｔｏｎおよび値「０」を受け、蓄電部充電モード決定部１０２からのコンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃに基づいていずれか１つを選択し、デューティー指令Ｔｏｎ＊として変調部（ＭＯＤ）１１６へ出力する。なお、値「０」は、インバータ３４を構成するトランジスタをオフに維持するため、すなわち、インバータ３４を停止するために用いられる。

選択部１１４は、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃがオンの場合には、デューティー指令Ｔｏｎを選択してデューティー指令Ｔｏｎ＊として変調部（ＭＯＤ）１１６へ出力する。一方、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃがオフの場合には、選択部１１４は、値「０」を選択し、デューティー指令Ｔｏｎ＊として変調部（ＭＯＤ）１１６へ出力する。

変調部（ＭＯＤ）１１６は、図示しない発振部が発生する搬送波（キャリア波）とデューティー指令Ｔｏｎ＊とを比較してインバータ３４のスイッチング指令ＰＷＭ３を生成して、インバータ３４を制御する。

これにより、コンダクティブチャージモードが充電モードに決定された場合には、インバータ３４が駆動制御され、充電コネクタ８０および供給線ＡＣＬを介して蓄電部１０と商用電源との間で電力授受が実行される。一方、コンダクティブチャージモードが充電モードに決定されなかった場合には、インバータ３４は停止されるため、蓄電部１０と商用電源との間で電力授受が行なわれない。

さらに、目標値決定部１０４は、決定した目標充電電力Ｐｃ＊を比較器（ＣＯＭ）１２２の一方入力へ出力する。比較器（ＣＯＭ）１２２の他方入力には、蓄電部１０の充電電力Ｐｃ（実績値）が入力される。なお、蓄電部１０の充電電力Ｐｃは、積算部１２０が、充放電電流検出部１６からの充放電電流Ｉｂａｔと充放電電圧検出部１４からの充放電電圧Ｖｂａｔとを掛け算して算出する。

比較器（ＣＯＭ）１２２は、目標充電電力Ｐｃ＊と充電電力Ｐｃとを比較し、その比較結果を示す信号（比較結果信号）を選択部１２４へ出力する。目標充電電力Ｐｃ＊が充電電力Ｐｃよりも大きい場合には、比較器（ＣＯＭ）１２２は、Ｈレベルの比較結果信号を生成して選択部１２４へ出力する。一方、目標充電電力Ｐｃ＊が充電電力Ｐｃ以下の場合には、比較器（ＣＯＭ）１２２は、Ｌレベルの比較結果信号を生成して選択部１２４へ出力する。

選択部１２４は、比較結果信号およびＬレベルの信号を受け、蓄電部充電モード決定部１０２からのインダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃに基づいていずれか１つを選択し、信号ＳＥとしてリレー回路４６（図１）へ出力する。

選択部１２４は、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃがオンの場合には、比較結果信号を選択して信号ＳＥとしてリレー回路４６へ出力する。これにより、インダクティブチャージモードが充電モードに選択された場合には、リレー回路４６は、目標充電電力Ｐｃ＊が充電電力Ｐｃよりも大きいときにＨレベルの信号ＳＥを受けて導通する。そして、リレー回路４６が導通したことに応じて、ポート４２とパドル５２とからなるトランスを介して蓄電部１０とインダクティブチャージャ５０との間で電力授受が実行される。

一方、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃがオフの場合、すなわち、インダクティブチャージモードが充電モードに決定されなかった場合には、選択部１２４は、Ｌレベルの信号を選択して信号ＳＥとしてリレー回路４６へ出力する。これによりリレー回路４６は非導通となるため、蓄電部１０とインダクティブチャージャ５０との間で電力授受が行なわれない。

図３は、制御装置１００における蓄電部１０の充電制御を実現するためのフローチャートである。

図３を参照して、まずステップＳ０１において、例えばイグニッションキーがオフ状態に変更される、またはスタートスイッチがオフ状態に変更されるような運転者の指示により起動信号ＩＧＯＮが非活性化される。

ステップＳ０１において起動信号ＩＧＯＮが非活性化されると、制御装置１００は、インダクティブチャージ選択スイッチ６０から送信されるインダクティブチャージ選択信号ＩＣＳに基づいて、インダクティブチャージ選択スイッチ６０がオン状態に設定されたか否かを判断する（ステップＳ０２）。インダクティブチャージ選択スイッチ６０がオン状態に設定されている場合には、制御装置１００は、蓄電部１０の充電許容電力Ｗｉｎに基づいて、蓄電部１０における目標充電電力Ｐｃ＊を決定する（ステップＳ０３）。

さらに制御装置１００は、磁界検出部４４に対して磁界検出要求信号ＲＥＱを出力することによって、インダクティブチャージャ５０のパドル５２（トランスの一次側コイルに相当）の磁界Ｈを取得する（ステップＳ０４）。そして、この取得したパドル５２の磁界Ｈに基づいてインダクティブチャージモードによる充電が可能か否かをさらに判断する。

具体的には、制御装置１００は、磁界検出部４４から取得したパドル５２の磁界Ｈがポート４２に目標充電電力Ｐｃ＊を誘起可能な所定の閾値Ｈ０以上であるか否かを判断する（ステップＳ０５）。パドル５２の磁界Ｈが所定の閾値Ｈ０以上である場合には、制御装置１００は、インダクティブチャージによる充電が実行可能であると判断し、インダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、制御装置１００は、インダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｉｃをオンに設定する（ステップＳ０６）。

さらに制御装置１００は、メーター７０の表示回路に、決定された充電モードである“インダクティブチャージモード”を表示する（ステップＳ０７）。そして、制御装置１００は、ステップＳ０３で決定した目標充電電力Ｐｃ＊に基づいてリレー回路４６の開閉制御を行なうことによって、蓄電部１０のインダクティブチャージを実行する（ステップＳ０８）。

再びステップＳ０２に戻って、インダクティブチャージ選択スイッチ６０がオン状態に設定されていない場合には、制御装置１００は、コネクタ開閉検知部８２からのコネクタ閉成信号ＯＣＤに基づいて、充電コネクタ８０が閉成されているか否かを判断する（ステップＳ１２）。充電コネクタ８０が閉成されていると判断された場合には、制御装置１００は、運転者がコンダクティブチャージによる充電を要求していると判断し、コンダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、制御装置１００は、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃをオンに設定する（ステップＳ１３）。

また、ステップＳ０５においてパドル５２の磁界Ｈが所定の閾値Ｈ０を下回っており、インダクティブチャージによる充電が実行不可能であると判断した場合には、制御装置１００は、インダクティブチャージが不可能であることを指示する信号ＦＡＩＬを生成してメーター７０へ出力する。メーター７０は、表示回路を用いてインダクティブチャージが不可能であることを運転者に警告する（ステップＳ１１）。

さらに、制御装置１００は、コネクタ開閉検知部８２からのコネクタ閉成信号ＯＣＤに基づいて、充電コネクタ８０が閉成されているか否かを判断する（ステップＳ１２）。ステップＳ１１にて警告を受けた運転者が充電コネクタ８０を閉成したことによって充電コネクタ８０が閉成されていると判断された場合には、制御装置１００は、コンダクティブチャージモードを充電モードに決定する。そして、制御装置１００は、コンダクティブチャージ許可フラグＦ＿ｃｃをオンに設定する（ステップＳ１３）。

次に制御装置１００は、メーター７０の表示回路に、決定された充電モードである“コンダクティブチャージモード”を表示する（ステップＳ１４）。そして、制御装置１００は、ステップＳ０３で決定した目標充電電力Ｐｃ＊に基づいて商用電源からの目標供給電力ＰＡＣ＊を決定し、その決定した目標供給電力ＰＡＣ＊に基づいて蓄電部１０のコンダクティブチャージを実行する（ステップＳ１５）。

一方、ステップＳ１２において、充電コネクタ８０が閉成されていないと判断された場合には、制御装置１００は、充電不可能であることを指示する信号ＦＡＩＬを生成してメーター７０へ出力する。メーター７０は、表示回路を用いて充電不可能であることを運転者に警告し（ステップＳ１６）、処理を終了する。

ステップＳ０８またはＳ１５によって蓄電部１０の充電が実行されている場合には、制御装置１００は、蓄電部１０のＳＯＣが予め設定された目標値Ｓ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ０９）。蓄電部１０のＳＯＣが目標値Ｓ１以上であると判断された場合には、制御装置１００は一連の充電制御を終了する（ステップＳ１０）。一方、蓄電部１０のＳＯＣが目標値Ｓ１を下回ると判断された場合には、制御装置１００はステップＳ０２に戻り、引き続き蓄電部１０の充電制御を実行する。

以上のように、この発明の実施の形態によれば、運転者はインダクティブチャージャ選択スイッチを介してインダクティブチャージモードを適宜指定することができる。この場合、インダクティブチャージモードは、その実行可能性が判断された上で充電モードとして選択される。これにより、確実に蓄電部の充電制御を完了させることができるため、蓄電部の充電可能エリアの拡大を強化することができる。その結果、車両のエネルギー効率を改善して燃費を向上させることができる。

また、運転者がインダクティブチャージモードを指定した場合であっても、その実行可能性が無いと判断されたときには、充電コネクタの閉成を検知した上でコンダクティブチャージモードが充電モードとして選択される。したがって、確実に蓄電部の充電制御を完了させることができる。

［変形例］
上述した本発明の実施の形態に従う電源システムによれば、コンダクティブチャージモードの実行時においては、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ３０，３２とは別に配置されたインバータ３４を用いて、商用電源から蓄電部１０に電力を供給する構成について説明した。

一方、本変形例では、インバータ３４を設けることなく、インバータ３０，３２を用いて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の駆動、および蓄電部の充電制御を兼用する構成について説明する。

図４は、本発明の実施の形態の変更例に従う車両の概略構成図である。
図４を参照して、本変更例に従う車両は、図１において、インバータ３４を取り除くと共に、正供給線ＡＣＬｐおよび負供給線ＡＣＬｎの接続先をそれぞれモータジェネレータＭＧ１の中性点Ｎ１およびモータジェネレータＭＧ２の中性点Ｎ２に変更したものである。なお、かかる変更点以外の構成については図１と共通するため、図４ではそれらの図示および説明を省略する。

上述したように、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、永久磁石が埋設されたロータを備える三相交流回転電機である。さらに、本変更例においては、三相分のコイルがＹ結線（星型結線）されたステータを備える。このＹ結線において、各コイルが互いに接続される点がモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に相当する。

インバータ３０，３２は、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路で構成される。すなわち、インバータ３０，３２の各々は、上アーム（正側）に３個のスイッチング素子および下アーム（負側）に３個のスイッチング素子を含む。インバータ３０，３２から三相交流電力を発生させる場合には、制御装置１００Ａは、上アーム側のスイッチング素子のうちの１個、および下アーム側のスイッチング素子のうちの１個をそれぞれ時間的に切換えてオン状態に駆動する。

一方、上アーム側および下アーム側の各々において、３個のスイッチング素子を一括してオン／オフ動作させることもできる。このような動作モードにおいては、上側アームの３個のスイッチング素子は、互いに同じスイッチング状態（すべてオン、または、すべてオフ）とみなすことができ、また、下アーム側の３個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。

このような動作モードでは、それぞれの相電圧は互いに等しくなるので、中性点を基準とする零電圧ベクトルを定義することができる。

図５は、零電圧ベクトルを生成する場合における、インバータ３０，３２およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の零相等価回路である。

図５を参照して、インバータ３０，３２が上述のような零電圧ベクトルを生じるような動作モードを実行する場合には、インバータ３０における上アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは上アームＡＲＭ１ｐとしてまとめて示され、インバータ３０における下アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは下アームＡＲＭ１ｎとしてまとめて示される。同様に、インバータ３２における上アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは上アームＡＲＭ２ｐとしてまとめて示され、インバータ３２における下アーム側の３個のスイッチング素子ＴＲは下アームＡＲＭ２ｎとしてまとめて示される。

図５に示される零相等価回路は、正供給線ＡＣＬｐおよび負供給線ＡＣＬｎを介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流の商用電力を入力とする単相ＰＷＭインバータとみることができる。そこで、インバータ３０，３２の各々において零電圧ベクトルを時間的に変化させ、インバータ３０，３２をそれぞれ単相ＰＷＭインバータの各相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、交流の商用電力を直流電力に変換して昇温対象の蓄電部へ供給することができる。

本変形例によれば、上述のこの発明の実施の形態における効果に加えて、車両の構成を簡素化することができる。よって、この発明に係る電源システムを安価に構築することができる。

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。

本発明の実施の形態に従う電源システムを備える車両の要部を示す概略構成図である。 制御装置における蓄電部の充電制御を実現するための制御構造を示すブロック図である。 制御装置における蓄電部の充電制御を実現するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態の変更例に従う車両の概略構成図である。 零電圧ベクトルを生成する場合における、インバータおよびモータジェネレータの零相等価回路である。

符号の説明

１０ 蓄電部、１２ 温度検出部、１４ 充放電電圧検出部、１６ 充放電電流検出部、２０ コンバータ、３０，３２，３４ インバータ、３６ 駆動軸、３８ 動力伝達機構、４０，５８ 整流回路、４２ ポート、４４ 磁界検出部、４６ リレー回路、５０ インダクティブチャージャ、５２ パドル、５４ スイッチング回路、５６ 平滑化回路、６０ インダクティブチャージ選択スイッチ、７０ メーター、８０ 充電コネクタ、８２ コネクタ開閉検知部、８４ 供給電圧検出部、８６ 供給電流検出部、１００，１００Ａ 制御装置、１０２ 蓄電部充電モード決定部、１０４ 目標値決定部、１０６ 蓄電部制御部、１０８ 減算部、１１０，１２０ 積算部、１１４，１２４ 選択部、１０００ 電源システム、ＡＣＬ 供給線、ＡＣＬｎ 負供給線、ＡＣＬｐ 正供給線、ＡＲＭ１ｎ，ＡＲＭ２ｎ 下アーム、ＡＲＭ１ｐ，ＡＲＭ２ｐ 上アーム、Ｃ 平滑コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｎ１，Ｎ２ 中性点。

Claims (5)

1. 車両に搭載された負荷装置に電力を供給する車両用電源システムであって、
   充電可能に構成された蓄電部と、
   前記車両の外部と前記電源システムとを電気的に接続した状態で電力の授受を行なうことにより、前記蓄電部を充電する導通充電手段と、
   前記車両の外部と前記電源システムとを磁気的に結合した状態で電力の授受を行なうことにより、前記蓄電部を充電する誘導充電手段と、
   前記車両の運転者による操作に応答して前記誘導充電手段の実行要求を出力する操作手段と、
   前記導通充電手段と前記誘導充電手段とを択一的に選択する充電制御装置とを備え、
   前記充電制御装置は、
   前記操作手段からの前記誘導充電手段の実行要求に従って、前記誘導充電手段の実行が可能か否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段による前記誘導充電手段の実行可能性の判断結果に応じて、前記誘導充電手段を選択する選択手段とを含む、車両用電源システム。
2. 前記誘導充電手段は、前記車両の外部に設けられた誘導充電型充電装置に含まれるインダクタンスとの間でトランスを構成するように設けられたインダクタンスを有する入力ポートを含み、前記誘導充電型充電装置から前記トランスを介して供給された電力を前記蓄電部に供給するように構成され、
   前記判断手段は、前記操作手段からの前記誘導充電手段の実行要求に応答して、前記トランスの１次側インダクタンスに形成される磁界の強さを取得するとともに、取得した磁界の強さが前記トランスの２次側インダクタンスに所定電圧を誘起可能な所定の閾値以上である場合に、前記誘導充電手段の実行が可能と判断し、
   前記選択手段は、前記判断手段によって前記誘導充電手段の実行が可能と判断された場合に、前記誘導充電手段を選択する、請求項１に記載の車両用電源システム。
3. 前記導通充電手段は、前記車両の外部に設けられた導通充電型充電装置と前記電源システムとの電気的な接続を確保するために構成されたコネクタを含み、前記導通充電型充電装置から前記コネクタを介して供給された電力を前記蓄電部に供給するように構成され、
   前記充電制御装置は、前記コネクタの閉成状態を検知するための検知手段をさらに含み、
   前記選択手段は、前記操作手段から前記誘導充電手段の実行要求が出力されず、かつ、前記コネクタの閉成状態が検知された場合に、前記導通充電手段を選択する、請求項２に記載の車両用電源システム。
4. 前記判断手段は、前記取得した磁界の強さが前記トランスの２次側インダクタンスに所定電圧を誘起可能な所定の閾値を下回るときに、前記誘導充電手段の実行が不可能と判断し、
   前記選択手段は、前記判断手段によって前記誘導充電手段の実行が不可能と判断された場合には、前記コネクタの閉成状態が検知されたことに基づいて前記導通充電手段を選択する、請求項３に記載の車両用電源システム。
5. 前記負荷装置は、
   各々が星型結線されたステータを含んで構成される第１および第２の回転電機と、
   前記電力線と電気的に接続され、それぞれ前記第１および第２の回転電機を駆動するための第１および第２のインバータとを含み、
   前記コネクタは、前記第１の回転電機の第１の中性点および前記第２の回転電機の第２の中性点を介して、前記車両用電源システムと前記車両の外部との間で電力を授受可能に構成され、
   前記第１および第２のインバータの各々は、前記第１の中性点と前記第２の中性点との間に与えられる交流電力を直流電力に変換可能に構成される、請求項３または請求項４に記載の車両用電源システム。

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