JP4962184B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電源装置に関し、特に外部からの電力により充電可能な蓄電装置を搭載する車両の電源装置に関する。

近年、環境問題を背景に、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）や電気自動車（Electric Vehicle）などが注目されている。これらの車両は動力源として電動機を搭載し、その電力源としてたとえば二次電池といった蓄電装置が用いられる。

これらの車両に搭載される蓄電装置を車両の外部の電源により充電する技術も提案されている。たとえば特開平８−６５８１５号公報（特許文献１）は、外部電源が供給される充電器による車載バッテリへの充電を制御する電気自動車用充電制御装置を開示する。この制御装置は、車載電気負荷の優先駆動を指示する指示手段を備える。この制御装置は、さらに、車載バッテリの充電時に指示手段からの車載電気負荷を優先駆動する指示を判別したときに、その車載電気負荷を充電器により駆動する手段を備える。
特開平８−６５８１５号公報 特開平７−４６７０１号公報 特開平１０−１０８３７９号公報

特開平８−６５８１５号公報（特許文献１）に開示される電気自動車はバッテリが充電器に常時接続された構成を有する。したがって、車載電気負荷（具体的には電動エアコン）の動作中にバッテリの充電が継続されることによりバッテリが過充電になることが考えられる。特開平８−６５８１５号公報（特許文献１）では、車載電気負荷の動作中にバッテリが満充電状態になったと判定された場合にバッテリの充電を終了することが開示されている。しかし、より確実にバッテリの過充電を防ぐためには、異なる複数の方法を用いることが好ましい。

本発明の目的は、車両の外部の電源により車両の補機負荷を駆動する場合に車両に搭載された蓄電装置を保護することが可能な車両の電源装置を提供することである。

本発明は要約すれば、車両に搭載される電源装置である。電源装置は、充放電可能な蓄電装置と、電力線と、蓄電装置を電力線に電気的に接続する接続状態、および、蓄電装置と電力線とを電気的に分離する非接続状態を有する接続部と、電力指令に応じた供給電力を車両の外部から取得するとともに電力線に出力する電力供給部と、電力線に接続される補機負荷と、電力線の電圧を検出する電圧検出部と、少なくとも接続部と、電力供給部と、補機負荷とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、供給電力により補機負荷を駆動する場合には、接続部を非接続状態に設定するとともに、電圧検出部が検出した電力線の電圧が予め定められた目標値となるように目標値と電圧検出部の検出結果とに基づいて電力指令を生成する。

好ましくは、目標値は、接続部が非接続状態であり、かつ補機負荷の消費電力と供給電力とが等しい場合における電力線の電圧の値である。

好ましくは、制御装置は、供給電力による補機負荷の駆動に先立って、蓄電装置の充電状態を示す値が所定の状態値以上であるか否かを判定する。制御装置は、充電状態を示す値が所定の状態値以上である場合には、接続部を非接続状態に設定する。

好ましくは、制御装置は、充電状態を示す値が所定の状態値未満である場合には、接続部を接続状態に設定するとともに、電圧検出部の検出結果が、補機負荷の消費電力より供給電力が大きい場合の電力線の電圧を示すように、電力指令を生成する。

好ましくは、制御装置は、電力指令が供給電力の最大値を示し、かつ電圧検出部の検出結果が供給電力より補機負荷の消費電力のほうが大きいことを示す場合には、接続部を接続状態に設定する。

好ましくは、制御装置は、電力指令が供給電力の最大値を示し、かつ、電圧検出部の検出結果が供給電力より補機負荷の消費電力のほうが大きいことを示す場合には、電力線の電圧が目標値となるように補機負荷の動作を制限する。

本発明によれば、車両の外部の電源により車両の補機負荷を駆動する場合に、車両に搭載された蓄電装置を保護することが可能になる。

以下において、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、本発明の実施の形態に係る車両１の主たる構成を示す図である。図１を参照して、車両１は、蓄電装置であるバッテリＢ１と、接続部２０と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬ２と、昇圧コンバータ１２と、平滑用コンデンサＣＬ，ＣＨと、電圧センサ１０，１３と、インバータ１４，２２と、エンジン４と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割機構３と、制御装置３０とを含む。

車両１に搭載される蓄電装置（すなわちバッテリＢ１）は外部から充電が可能である。このために、車両１は、さらに、たとえばＡＣ１００Ｖの商用電源８にバッテリＢ１を接続するための充電器６を含む。

充電器６は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ２に接続される。充電器６は制御装置３０から、一定の周期ごとに電力値を示す電力指令Ｐｃｈｇを受ける。充電器６はたとえば電力指令Ｐｃｈｇに基づいて電流制御を行なうことにより、電力指令Ｐｃｈｇによって定められた大きさを有する交流電力を商用電源８から取得するとともに、その交流電力を直流電力に変換する。充電器６は変換後の直流電力を電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ２に出力する。

本実施の形態では、バッテリＢ１はニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。ただし、車両１に搭載される蓄電装置は充放電可能であれば二次電池に限定される必要はなく、たとえば電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いることができる。

接続部２０は、オン状態（接続状態）およびオフ状態（非接続状態）を有し、制御装置３０からの信号ＣＮＴ１，ＣＮＴ２，ＣＮＴ３に応じてオン状態とオフ状態とを切換える。接続部２０は、オン状態において、バッテリＢ１の正極および負極を電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ２にそれぞれ接続する。接続部２０は、オフ状態において、バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１とを電気的に分離するとともにバッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬ２とを電気的に分離する。

接続部２０は、システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３および制限抵抗Ｒを含む。システムメインリレーＳＭＲ１は、バッテリＢ１の正極と電源ラインＰＬ１との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ２は、バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬ２との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ３は、バッテリＢ１の負極と接地ラインＳＬ２との間に、制限抵抗Ｒと直列に接続される。システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３は制御装置３０から与えられる信号ＣＮＴ１，ＣＮＴ２，ＣＮＴ３に応じて接続／非接続状態がそれぞれ制御される。

昇圧コンバータ１２は双方向コンバータである。昇圧コンバータ１２は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の電圧と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間の電圧とを相互に変換する。

平滑用コンデンサＣＬは、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の電圧を平滑化する。平滑用コンデンサＣＨは、昇圧コンバータ１２によって昇圧された電圧（すなわち電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間の電圧）を平滑化する。

電圧センサ１０は、バッテリＢ１の電圧ＶＢを検知して制御装置３０に出力する。電圧センサ１３は、平滑用コンデンサＣＨの端子間電圧ＶＨを検知して制御装置３０に出力する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１に出力する。インバータ２２は、昇圧コンバータ１２から与えられる直流電圧を三相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２に出力する。

動力分割機構３は、エンジン４とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に結合されてこれらの間で動力を分配する機構である。たとえば動力分割機構３としてはサンギヤ、プラネタリキャリヤ、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。遊星歯車機構は、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転が定まれば、他の１つの回転軸の回転は強制的に定まる。この３つの回転軸がエンジン４、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。なおモータジェネレータＭＧ２の回転軸は、図示しない減速ギヤや差動ギヤによって車輪に結合されている。また動力分割機構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み込んでもよい。

インバータ１４は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２とに接続されている。インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧された電圧を受けて、たとえばエンジン４を始動させるために、モータジェネレータＭＧ１を駆動する。また、インバータ１４は、エンジン４から伝達される動力によってモータジェネレータＭＧ１で発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

インバータ２２は、インバータ１４と並列的に、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２に接続されている。インバータ２２は車輪を駆動するモータジェネレータＭＧ２に対して昇圧コンバータ１２の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。またインバータ２２は、回生制動に伴い、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御装置３０によって制御される。

このように、インバータ１４，２２、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は車両１の駆動力を発生させるための負荷を構成する。

車両１は、さらに、電流センサ１１と、ＳＯＣ（State Of Charge：充電状態）検出部３７とを含む。

電流センサ１１は、電圧センサ１０とともにバッテリＢ１のＳＯＣを監視するために、バッテリＢ１に流れる電流ＩＢを検知する。ＳＯＣ検出部３７は、バッテリＢ１のＳＯＣであるＳＯＣ１を検出する。ＳＯＣ検出部３７は、バッテリＢ１の開放電圧とバッテリＢ１に流れる電流ＩＢの積算とに基づいて充電状態を算出し、制御装置３０に出力する。

制御装置３０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各トルク指令値、電圧ＶＢ，ＶＨの各値を受ける。制御装置３０は、さらに、モータ電流値、回転速度、および起動信号（いずれも図示せず）を受ける。そして制御装置３０は、これらに基づいて昇圧コンバータ１２に対して昇圧指示と降圧指示と動作禁止指示とを出力する。

さらに、制御装置３０は、インバータ１４に対して昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧を、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２に戻す回生指示とを出力する。

同様に制御装置３０は、インバータ２２に対してモータジェネレータＭＧ２を駆動するための交流電圧に直流電圧を変換する駆動指示と、モータジェネレータＭＧ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２に戻す回生指示とを出力する。

車両１は、さらに、電気機器３５と、電気機器３５を駆動するためのバッテリＢ２およびＤＣ／ＤＣコンバータ３３を含む。なおＤＣ／ＤＣコンバータ３３は電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２とに接続されている。電気機器３５は、例えば制御装置３０の電源回路、音響機器、ヘッドライト、ルームランプ、パワーウインドウ、ホーン、ウインカーなどを含む。

車両１は、さらに、エアコン４０を含む。エアコン４０は、インバータ４１と、コンプレッサ４２とを含む。インバータ４１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の直流電圧を交流電圧に変換する。コンプレッサ４２は、インバータ４１からの交流電圧を受けて冷却媒体を圧縮する。

なお、インバータ４１、コンプレッサ４２および電気機器３５は、車両１における補機負荷４５を構成する。

図２は、図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。図１、図２を参照して、インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５，Ｖ相アーム１６，およびＷ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、モータジェネレータＭＧ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、モータジェネレータＭＧ１は、三相の永久磁石同期モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードから引出されたラインＵＬに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードから引出されたラインＶＬに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードから引出されたラインＷＬに接続される。

なお、図１のインバータ２２についても、モータジェネレータＭＧ２に接続される点が異なるが、内部の回路構成についてはインバータ１４と同様であるので詳細な説明は繰返さない。また、図２には、インバータに制御信号ＰＷＭＩ，ＰＷＭＣが与えられることが記載されているがこれは、駆動指示と回生指示に対応する信号である。

図３は、図１の昇圧コンバータ１２の詳細な構成を示す回路図である。図１、図３を参照して、昇圧コンバータ１２は、一方端が電源ラインＰＬ１に接続されるリアクトルＬ１と、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２との間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

なお、図３には、昇圧コンバータに制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤが与えられることが記載されているが、それぞれ昇圧指示、降圧指示に対応する信号である。

昇圧コンバータ１２の電圧変換動作（昇圧動作および降圧動作）についてより詳細に説明する。以下の説明では、バッテリＢ１の正極および負極は電源ラインＰＬ１および接地ラインＳＬ２にそれぞれ接続され、充電器６からの電力の供給はなく、補機負荷４５も動作していないものとする。

昇圧動作時において、制御装置３０は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフ状態に維持し、かつ、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を所定のデューティー比でオン／オフさせる。ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオン期間においては、バッテリＢ１から電源ラインＰＬ１、リアクトルＬ１、ダイオードＤ１、および電源ラインＰＬ２の順に放電電流が流れるとともに、バッテリＢ１から電源ラインＰＬ１、リアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２、および接地ラインＳＬ２を順に介してポンプ電流が流れる。リアクトルＬ１は、このポンプ電流により電磁エネルギーを蓄積する。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオン状態からオフ状態に遷移すると、リアクトルＬ１は蓄積した電磁エネルギーを放電電流に重畳する。その結果、昇圧コンバータ１２から電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２へ供給される直流電力の平均電圧は、デューティー比に応じてリアクトルＬ１に蓄積される電磁エネルギーに相当する電圧だけ昇圧される。

一方、降圧動作時において、制御装置３０は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１を所定のデューティー比でオン／オフさせ、かつ、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態に維持する。ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオン期間においては、電源ラインＰＬ２からＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトルＬ１、および電源ラインＰＬ１を順に介して、充電電流がバッテリＢ１へ流れる。そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオン状態からオフ状態に遷移すると、リアクトルＬ１が電流変化を妨げるように磁束を発生するので、充電電流はダイオードＤ２、リアクトルＬ１、および電源ラインＰＬ１を順に介して流れ続ける。一方で、電気エネルギー的にみると、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２から直流電力が供給されるのはＩＧＢＴ素子Ｑ１のオン期間だけであるので、充電電流が一定に保たれるとすると（リアクトルＬ１のインダクタンスが十分に大きいとすると）、昇圧コンバータ１２からバッテリＢ１へ供給される直流電力の平均電圧は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬ２間の直流電圧（すなわち図１に示す電圧ＶＨ）にデューティー比を乗じた値となる。

このような昇圧コンバータ１２の電圧変換動作を制御するため、制御装置３０は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを制御するための制御信号ＰＷＵ，ＰＷＤを生成する。

ここで制御装置３０が、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２をオン状態およびオフ状態にそれぞれ保つものとする。この場合、電圧センサ１３が検知した電圧ＶＨは最終的に電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の電圧に等しくなる。これにより電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間に電圧センサを設けなくても、これらのライン間の電圧を測定することができる。

図１に戻り、本実施の形態の車両の電源装置は、バッテリＢ１と、電力線（電源ラインＰＬ１，接地ラインＳＬ２）と、接続部２０と、電力供給部である充電器６と、補機負荷４５と、電圧センサ１３と、制御装置３０とを備える。

制御装置３０は、充電器６が商用電源８に接続されたことを検知した場合、補機負荷４５が動作状態であるか否かを判定する。たとえばユーザが制御装置３０に対して補機負荷４５を動作させるよう指示することによって、制御装置３０は補機負荷４５が動作状態であるか否かを判定できる。

制御装置３０は、補機負荷４５が動作状態である場合には、接続部２０に信号ＣＮＴ１，ＣＮＴ２，ＣＮＴ３を送り、システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３をすべてオフにする。これによりバッテリＢ１と充電器６との電気的接続が遮断される。制御装置３０は、さらに、電圧センサ１３が検出した電圧ＶＨが予め定められた目標電圧となるように、その目標電圧と、電圧ＶＨとに基づいて電力指令Ｐｃｈｇを生成する。なお、上述したように制御装置３０は、電圧ＶＨが電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の電圧を示すように昇圧コンバータ１２を制御する。さらに制御装置３０はインバータ１４，２２を停止させる。

補機負荷４５の消費電力は補機負荷４５の動作中に変動し得る。このため充電器６からの直流電力が補機負荷４５の消費電力を大きく上回ることも起こり得る。このときにバッテリＢ１が充電器６に接続されていると、充電電力と補機負荷４５の消費電力との差分の電力がバッテリＢ１に与えられるためバッテリＢ１が充電される。バッテリＢ１の充電状態が満充電状態に近いにもかかわらずバッテリＢ１の充電が継続されるとバッテリＢ１が過充電状態になる可能性がある。

本実施の形態では、制御装置３０は接続部２０（システムメインリレーＳＭＲ１〜ＳＭＲ３）を非接続状態にするので、充電器６とバッテリＢ１との電気的接続が遮断される。このためバッテリＢ１の過充電を防止できる。

さらに、充電器６とバッテリＢ１との電気的接続が遮断されることで、電力指令Ｐｃｈｇ（すなわち充電器６から供給される直流電力）と補機負荷４５の消費電力との大小関係が電圧ＶＨの時間変化率により判定可能となる。具体的には、電力指令Ｐｃｈｇが補機負荷４５の消費電力よりも大きくなると電圧ＶＨまたは平滑コンデンサＣＬの電圧が上昇し、電力指令Ｐｃｈｇが補機負荷４５の消費電力よりも小さくなると電圧ＶＨまたは平滑コンデンサＣＬの電圧が低下する。

したがって、電圧ＶＨが目標電圧となるように制御装置３０が電力指令Ｐｃｈｇを制御することによって、充電器６から供給される電力（以下では「充電電力」と呼ぶ）と補機負荷４５の消費電力との差が小さくなるように充電電力を制御することができる。これにより、仮に充電器６とバッテリＢ１とが電気的に接続されていてもバッテリＢ１が過充電とならないように充電電力を制御することができる。

このように本実施の形態では、異なる複数の方法によりバッテリＢ１が過充電となるのを防ぐことができるので、充電電力により補機負荷が動作している場合において、バッテリＢ１の過充電をより確実に防ぐことができる。さらに、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬ２との間の電圧が大幅に上昇するのを防ぐことができるので、たとえば電気機器３５の耐圧を超えるような電圧が電気機器３５に印加されるのを防ぐことも可能になる。

なお、目標電圧は、充電器６とバッテリＢ１との電気的接続が遮断され、かつ充電電力と補機負荷４５の消費電力とが等しい場合におけるＶＨの値であることが好ましい。これによって、バッテリＢ１の過充電を防ぐ可能性を高めることができる。なお、このような電圧ＶＨの目標値は、たとえば、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の動作電圧範囲より予め求められる。

さらに本実施の形態によれば、充電電力により補機負荷が動作している間は、昇圧コンバータ１２に含まれるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２がそれぞれオン状態およびオフ状態に保たれているので、昇圧コンバータ１２における損失（スイッチング損失等）を低減できる。

車両１は、表示部５０と補機使用スイッチ６０とをさらに含む。補機負荷４５の消費電力が充電電力よりも大きい場合、制御装置３０は補機負荷４５を動作させるための電力が不足していることを示す情報を表示するよう表示部５０に指示する。

バッテリＢ１を充電する際に大きな電流をバッテリＢ１に供給すると、バッテリＢ１の内部抵抗による発熱等により、バッテリＢ１の特性への影響が生じる可能性がある。したがって充電器６が供給可能な単位時間当たりの充電電力の最大値は、バッテリＢ１の特性に影響を与えないよう比較的小さな値に定められる。一方、図１に示す補機負荷４５のうち、コンプレッサ４２の単位時間あたりの消費電力は比較的大きい。

このため、接続部２０が非接続状態であり、かつ充電器６が充電電力を供給し、かつエアコン４０が動作する場合には、補機負荷４５の消費電力が充電電力を上回ることとなる。たとえばユーザの乗車時刻に車内の温度が所定の温度となるよう制御装置３０がエアコン４０を動作させた場合に、このような状況が生じる。

表示部５０は、制御装置３０からの指示に応じて電力不足を示す情報を表示する。ユーザが電力不足を認識可能であれば、表示部５０の種類は特に限定されるものではない。たとえば、表示部５０は各種情報を文字や図形によって表示可能なディスプレイでもよいし、ランプを点灯させることにより各種情報を示す表示板でもよい。

補機使用スイッチ６０は、ユーザにより操作される。ユーザが補機使用スイッチ６０をオンした場合、補機使用スイッチ６０から出力されるフラグＦＬＧがオンになる。一方、補機使用スイッチ６０がオフしている場合にはフラグＦＬＧはオフになる。

補機負荷４５の消費電力が充電器６からの充電電力を上回る場合には、制御装置３０はフラグＦＬＧがオンおよびオフのいずれの状態であるかを判定する。

フラグＦＬＧがオフの場合、制御装置３０は補機負荷４５を停止させる。補機負荷４５の消費電力が充電電力を上回る場合、充電器６に大電流が流れることにより充電器６が損傷する可能性がある。補機負荷４５を停止させることによりこのような問題を回避できるので、充電器６の保護が可能になる。

一方、フラグＦＬＧがオンの場合、制御装置３０は補機負荷４５の消費電力が充電電力を超えないように補機負荷４５の動作を制限する。この場合、制御装置３０は、たとえばエアコン４０のコンプレッサ４２を間欠動作させたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の目標電圧（電気機器３５に与える直流電圧の目標値）を低下させたりする。これにより、補機負荷４５の動作が制限されるものの、補機負荷４５を継続的に動作させることができる。よって、たとえば、ユーザの乗車時刻における車内の温度が目標温度と大きく異ならないようにエアコン４０を動作させることができるので、ユーザの乗車時にユーザにとって快適な環境を提供することができる。

図４は、充電器６から充電電力が供給されている場合に制御装置３０が実行する処理を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示す処理は所定の条件の成立時または一定の時間ごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図４および図１を参照して、制御装置３０はＳＯＣ検出部３７から出力されるＳＯＣ１に基づいてバッテリＢ１のＳＯＣが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この値は、たとえばバッテリＢ１が満充電状態であるとして予め定められた値（たとえば８０％）である。

バッテリＢ１のＳＯＣが所定値未満である場合（ステップＳ１においてＮＯ）、後述するようにバッテリＢ１の充電が行なわれる（図中において参照符号「Ａ」により示す）。バッテリＢ１のＳＯＣが所定値以上である場合（ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御装置３０は補機負荷４５が動作状態であるか否かを判定する（ステップＳ２）。この判定は、たとえば、ユーザが制御装置３０に対して入力する補機負荷４５の動作指示に基づいて行なわれる。

補機負荷４５が動作していない場合（ステップＳ２においてＮＯ）、制御装置３０は信号ＣＮＴ１〜ＣＮＴ３を接続部２０に送り接続部２０を非接続状態にする（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理が終了すると全体の処理が終了する。

補機負荷４５が動作状態である場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、制御装置３０は信号ＣＮＴ１〜ＣＮＴ３を接続部２０に送り接続部２０を非接続状態にする（ステップＳ３）。次に、制御装置３０は電圧センサ１３が検知した電圧ＶＨに基づいて充電電力が補機負荷４５の消費電力（以下、「補機消費電力」と呼ぶ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

図５は、電圧ＶＨの時間変動を模式的に説明する図である。図５を参照して、充電電力が補機消費電力より大きい場合、電圧ＶＨは上昇する。一方、充電電力が補機消費電力より小さい場合、電圧ＶＨは低下する。充電電力と補機消費電力とが等しいときには電圧ＶＨは一定となる。制御装置３０は、たとえば一定時間ごとに電圧ＶＨの値をサンプリングして電圧ＶＨの時間変化率を算出する。制御装置３０は、その時間変化率に基づいて充電電力が補機消費電力以上か否かを判定する。

なお、制御装置３０は、電圧ＶＨの値が所定の上限値を上回る場合に充電電力が補機消費電力より大きいと判定し、電圧ＶＨの値が所定の下限値を下回る場合に充電電力が補機消費電力より小さいと判定してもよい。

補機の動作状況（たとえばコンプレッサ４２の動作状況）に応じて補機負荷４５の消費電力は変化する。補機消費電力を正確に求めるためには、たとえば補機負荷４５に流れる電流を検知するためのセンサを設ければよいが、車両のコストが上昇する。そこで本実施の形態では、電圧ＶＨの変動に基づいて充電電力と補機消費電力との大小関係を推定することによって、コストの上昇を抑えながら充電電力と補機消費電力との大小関係を定めることが可能になる。

図４に戻り、制御装置３０は、充電電力が補機消費電力以上であると判定した場合（ステップＳ４においてＹＥＳ）、電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊と等しくなるように電圧ＶＨを制御するための電力指令Ｐｃｈｇを生成する（ステップＳ５）。目標電圧ＶＨ＊は、充電電力が補機消費電力と等しいときの電圧ＶＨの値であり、たとえばＤＣ２００Ｖに設定される。ステップＳ５の処理が終了すると全体の処理が終了する。

なお、制御装置３０が行なう電圧ＶＨの制御（すなわち電力指令Ｐｃｈｇの生成）は、電圧ＶＨと目標電圧ＶＨ＊とに基づく制御であれば、その種類は特に限定されない。このような制御の一例としては、たとえば電圧ＶＨと目標電圧ＶＨ＊との偏差を用いたＰＩ（比例積分）制御を挙げることができる。

制御装置３０は、充電電力が補機消費電力よりも小さいと判定した場合（ステップＳ４においてＮＯ）、フラグＦＬＧがオンしているか否かを判定する（ステップＳ６）。フラグＦＬＧがオンしているということは、ユーザが補機負荷の使用を選択したことを意味する。この場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）、制御装置３０は補機消費電力が充電電力以下となるように、補機消費電力を制限する（ステップＳ７）。具体例を示すと制御装置３０はエアコン４０のコンプレッサ４２を間欠運転したり、ＤＣ／ＤＣコンバータ３３の出力電圧（バッテリＢ２の両端の電圧）の目標値を下げたりする。なお、この場合、制御装置３０は電力指令Ｐｃｈｇを充電器６が供給可能な充電電力の最大値に設定する。さらに、制御装置３０は、電圧センサ１３が検出した電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように補機負荷４５の制御を行なう。

続いて、制御装置３０は、ステップＳ４での処理と同様の処理を行なうことにより充電電力が補機消費電力よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８）。補機消費電力が充電電力よりも大きい場合（ステップＳ８においてＮＯ）、制御装置３０は、表示部５０に電力不足の情報を表示させる（ステップＳ９）。充電電力が補機消費電力以上の場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、およびステップＳ９の処理が終了した場合には、全体の処理が終了する。

さらに、制御装置３０は、フラグＦＬＧがオフしていると判定した場合（ステップＳ６においてＮＯ）、補機負荷４５を停止させる（ステップＳ１０）。フラグＦＬＧがオフしているということはユーザが補機負荷４５を動作させなくともよいと判断したことを意味する。よって、この場合には、制御装置３０は補機負荷４５を停止させる。これにより充電器６を保護できる。ステップＳ１０の処理が終了すると全体の処理が終了する。

図６は、バッテリＢ１を充電しつつ補機負荷４５を動作させる場合における制御装置３０の処理を説明するためのフローチャートである。上述のように、この処理は、図４のステップＳ１の処理に続いて行なわれる。

図６を参照して、制御装置３０は、補機負荷４５が動作状態であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。図４のステップＳ２での処理と同様に、制御装置３０は、たとえば、ユーザが入力した補機負荷４５の動作指示に基づいて補機負荷４５が動作状態であるか否かを判定する。補機負荷４５が動作状態である場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ２２に進み、補機負荷４５が停止している場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、処理はステップＳ３１に進む。

ステップＳ２２では、制御装置３０は充電電力が補機消費電力以上であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。この判定処理はステップＳ４と同様に、接続部２０が非接続状態である場合における電圧ＶＨの変動に基づいて行なわれる。充電電力が補機消費電力以上である場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、制御装置３０は信号ＣＮＴ１〜ＣＮＴ３を接続部２０に送り接続部２０を接続状態に設定する（ステップＳ２３）。これにより充電器６とバッテリＢ１とが電気的に接続される。

充電電力が補機消費電力以上であるため充電電力と補機消費電力との差分の電力がバッテリＢ１に供給される。その結果、バッテリＢ１が充電される。続いて制御装置３０は、電力指令Ｐｃｈｇを更新せずに現在の値のままに保つ（ステップＳ２４）。すなわち、制御装置３０は、充電電力が補機消費電力より大きいときの電圧を電圧ＶＨが示すように電力指令Ｐｃｈｇを生成する。これにより、充電電力が補機消費電力よりも大きい状態を保つことが可能になるので、バッテリＢ１の充電を継続することができる。ステップＳ２４の処理が終了すると、全体の処理は図４のフローチャートに戻るとともに終了する。

一方、制御装置３０は、充電電力が補機消費電力未満であると判定した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、フラグＦＬＧがオンしているか否かを判定する（ステップＳ２５）。フラグＦＬＧがオンしている場合（ステップＳ２５においてＹＥＳ）、制御装置３０は、接続部２０を接続状態に設定し（ステップＳ２６）、補機負荷４５の動作を継続する（ステップＳ２７）。このときに制御装置３０は充電電力が補機消費電力以上となるように補機負荷４５の消費電力を制限する。この処理はステップＳ７の処理と同様であり、制御装置３０は、電力指令Ｐｃｈｇを充電器６が供給可能な充電電力の最大値に設定する。さらに、制御装置３０は、電圧センサ１３が検出した電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように補機負荷４５の制御を行なう。これにより充電電力が補機消費電力以上となった場合には充電器６からバッテリＢ１に電力が供給されるのでバッテリＢ１が充電される。

ここで、充電電力が補機消費電力よりも小さいまま補機負荷４５を動作させ続けた場合、バッテリＢ１の放電も継続される。ステップＳ２１以降の処理はバッテリＢ１のＳＯＣが所定値（上述の例では８０％）よりも低い場合の処理である。したがってステップＳ１の段階において、バッテリＢ１のＳＯＣの値が小さい場合には放電を継続させるとバッテリＢ１が過放電になる可能性がある。このため、ステップＳ２８において制御装置３０は、電圧ＶＨが下限値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。この下限値は、バッテリＢ１の過放電を防ぐための電圧ＶＨの最低値として予め定められた値である。電圧ＶＨが下限値以上である場合（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、全体の処理は図４のフローチャートに戻る（図４，５に示す符号「Ｂ」を参照）とともに終了する。

一方、電圧ＶＨが下限値未満である場合（ステップＳ２８においてＮＯ）、制御装置３０は補機負荷４５を停止する（ステップＳ３０）。また、制御装置３０は、フラグＦＬＧがオフである場合（ステップＳ２９においてＮＯ）、接続部２０を接続状態に設定し（ステップＳ２９）、補機負荷４５を停止する（ステップＳ３０）。これらの場合には、制御装置３０はバッテリＢ１の充電を優先的に実行する。ステップＳ３０の処理が終了すると全体の処理は図４のフローチャートに戻るとともに終了する。

さらに、制御装置３０は、ステップＳ２１において補機負荷４５が動作していないと判定した場合（ステップＳ２１においてＮＯ）、接続部２０を接続状態に設定し（ステップＳ３１）、バッテリＢ１を充電するための電力指令Ｐｃｈｇを設定する（ステップＳ３２）。この場合、バッテリＢ１は充電器６から供給される充電電力により充電される。ステップＳ３２の処理が終了した場合には、全体の処理は図４のフローチャートに戻るとともに終了する。

なお、ステップＳ３０，Ｓ３２では、たとえば制御装置３０は、電圧センサ１０が検出した電圧ＶＢ、および制御装置３０の内部に記憶されたマップ（たとえば電圧ＶＢと充電電力とを対応付けるマップ）に基づいて電力指令Ｐｃｈｇを生成し、その電力指令Ｐｃｈｇを充電器６に送信する。充電器６は電力指令Ｐｃｈｇが示す大きさの電力を外部から取得する。これによりバッテリＢ１の充電が制御される。

以上説明した構成およびフローチャートに基づく車両１（特に制御装置３０）の動作について説明する。

制御装置３０は、外部電力により補機負荷の動作が行なわれる場合（ステップＳ２においてＹＥＳ）、接続部２０を非接続状態に設定する（ステップＳ３）。さらに制御装置３０は、電圧センサ１３が検出した電圧ＶＨおよび目標電圧ＶＨ＊に基づいて、電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊と等しくなるように電力指令Ｐｃｈｇを生成する（ステップＳ５）。この目標電圧ＶＨ＊は、充電電力と補機消費電力とが等しいときの電圧ＶＨの値である。

接続部２０が非接続状態となることで、バッテリＢ１と充電器６とが電気的に分離されるので、バッテリＢ１への電流供給が停止される。これにより補機負荷４５を動作させ続けるうちにバッテリＢ１が過充電状態になってしまうことを回避できる。さらに、制御装置３０は、補機負荷の消費電力と等しくなるように充電電力を制御する（すなわち電力指令Ｐｃｈｇの値を決定する）ので、仮に接続部２０が接続状態であってもバッテリＢ１が過充電状態になるのを回避できる。このように本実施の形態に係る電源装置は、バッテリＢ１の過充電を回避するための複数の方法を有するので、バッテリＢ１の過充電をより確実に回避できる。

さらに、接続部２０が非接続状態となることで、制御装置３０が電圧ＶＨの変動に基づいて充電電力と補機負荷の消費電力との大小関係を把握することができる。具体的には、制御装置３０は昇圧コンバータ１２のスイッチング動作を停止させた状態で電圧ＶＨを検出する。これにより昇圧コンバータ１２の損失を低減できるので、電源装置の損失も低減できる。

さらに、上記の処理は、バッテリＢ１のＳＯＣが所定値以上の場合（ステップＳ１においてＹＥＳの場合）に行なわれる。この所定値は、バッテリＢ１が満充電状態のときの値である。本実施の形態では、バッテリＢ１が満充電状態である場合にバッテリＢ１に電力供給が行なわれないので、バッテリＢ１の過充電を防ぐことができる。また、バッテリＢ１のＳＯＣが所定値以下の場合（ステップＳ１においてＮＯの場合）にバッテリＢ１の充電を優先させることができる（ステップＳ２１〜Ｓ３２）。

さらに、本実施の形態では、バッテリＢ１のＳＯＣが所定値以下の場合（ステップＳ１においてＮＯ）、かつ、充電電力が補機消費電力よりも大きい場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、制御装置３０は、接続部２０を接続状態に設定し（ステップＳ２３）、かつ充電電力が補機消費電力より大きいときの電圧を電圧ＶＨが示すように電力指令Ｐｃｈｇを生成する（ステップＳ２４）。これにより、充電電力が補機消費電力よりも大きいままに保たれるので、バッテリＢ１を充電しつつ補機負荷４５も駆動できる。これにより、たとえばユーザの利便性を向上させることができる。

さらに、制御装置３０は、電力指令Ｐｃｈｇが充電器６の供給可能な充電電力の最大値を示すにも拘らず充電電力が補機消費電力よりも小さく（ステップＳ４においてＹＥＳ）、かつフラグＦＬＧがオンしている場合（ステップＳ６においてＹＥＳ）には、補機消費電力が充電電力に等しくなるように（電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように）補機消費電力を制御する（ステップＳ７）。補機消費電力が充電電力内となるように補機消費電力を制御することによって、充電器６に能力を上回る電流が流れるのを防止することができる。これにより充電器６の損傷を防ぐことが可能になる。

なお、本実施の形態には動力分割機構によりエンジンの動力を車軸と発電機とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型ハイブリッドシステムを搭載した自動車を例示した。しかし本発明は、充放電可能な蓄電装置と、その蓄電装置を充電するために車両外部から電力を取得する充電器と、その充電器および蓄電装置の両方から電力を受けることが可能に構成された補機負荷を備える自動車であれば適用可能である。したがって本発明は、種々の形式のハイブリッド自動車や、電気自動車等にも適用できる。

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係る車両１の主たる構成を示す図である。 図１のインバータ１４および２２の詳細な構成を示す回路図である。 図１の昇圧コンバータ１２の詳細な構成を示す回路図である。 充電器６から充電電力が供給されている場合に制御装置３０が実行する処理を説明するフローチャートである。 電圧ＶＨの時間変動を模式的に説明する図である。 バッテリＢ１を充電しつつ補機負荷４５を動作させる場合における制御装置３０の処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１ 車両、３ 動力分割機構、４ エンジン、６ 充電器、８ 商用電源、１０，１３ 電圧センサ、１１ 電流センサ、１２ 昇圧コンバータ、１４，２２ インバータ、１５ Ｕ相アーム、１６ Ｖ相アーム、１７ Ｗ相アーム、２０ 接続部、３０ 制御装置、３３ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３５ 電気機器、３７ ＳＯＣ検出部、４０ エアコン、４１ インバータ、４２ コンプレッサ、４５ 補機負荷、５０ 表示部、６０ 補機使用スイッチ、Ｂ１，Ｂ２ バッテリ、ＣＬ，ＣＨ 平滑用コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＦＬＧ フラグ、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、Ｑ１〜Ｑ８ ＩＧＢＴ素子、Ｒ 制限抵抗、ＳＬ２ 接地ライン、ＳＭＲ１〜ＳＭＲ３ システムメインリレー、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ ライン。

Claims (6)

1. 車両に搭載される電源装置であって、
   充放電可能な蓄電装置と、
   電力線と、
   前記蓄電装置を前記電力線に電気的に接続する接続状態、および、前記蓄電装置と前記電力線とを電気的に分離する非接続状態を有する接続部と、
   電力指令に応じた供給電力を前記車両の外部から取得するとともに前記電力線に出力する電力供給部と、
   前記電力線に接続される補機負荷と、
   前記電力線の電圧を検出する電圧検出部と、
   少なくとも前記接続部と、前記電力供給部と、前記補機負荷とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記供給電力により前記補機負荷を駆動する場合には、前記接続部を前記非接続状態に設定するとともに、前記電圧検出部が検出した前記電力線の電圧が予め定められた目標値となるように前記目標値と前記電圧検出部の検出結果とに基づいて前記電力指令を生成する、車両の電源装置。
2. 前記目標値は、前記接続部が前記非接続状態であり、かつ前記補機負荷の消費電力と前記供給電力とが等しい場合における前記電力線の電圧の値である、請求項１に記載の車両の電源装置。
3. 前記制御装置は、前記供給電力による前記補機負荷の駆動に先立って、前記蓄電装置の充電状態を示す値が所定の状態値以上であるか否かを判定し、前記充電状態を示す値が前記所定の状態値以上である場合には、前記接続部を前記非接続状態に設定する、請求項１に記載の車両の電源装置。
4. 前記制御装置は、前記充電状態を示す値が前記所定の状態値未満である場合には、前記接続部を前記接続状態に設定するとともに、前記電圧検出部の検出結果が、前記補機負荷の消費電力より前記供給電力が大きい場合の前記電力線の電圧を示すように、前記電力指令を生成する、請求項３に記載の車両の電源装置。
5. 前記制御装置は、前記電力指令が前記供給電力の最大値を示し、かつ前記電圧検出部の検出結果が前記供給電力より前記補機負荷の消費電力のほうが大きいことを示す場合には、前記接続部を前記接続状態に設定する、請求項１に記載の車両の電源装置。
6. 前記制御装置は、前記電力指令が前記供給電力の最大値を示し、かつ、前記電圧検出部の検出結果が前記供給電力より前記補機負荷の消費電力のほうが大きいことを示す場合には、前記電力線の電圧が前記目標値となるように前記補機負荷の動作を制限する、請求項１に記載の車両の電源装置。

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