JP5168308B2 - 電源システムおよびそれを搭載する車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電源システムおよびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、外部電源から供給される電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電するための充電制御に関する。
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置(たとえば二次電池やキャパシタなど)を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する電動車両が注目されている。この電動車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの電動車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。
ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源(以下、単に「外部電源」とも称する。)から車載の蓄電装置の充電(以下、単に「外部充電」とも称する。)が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の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。
特開2009−027774号公報(特許文献1)は、外部充電が可能なバッテリを備えた車両において、バッテリの電圧を降圧して補機負荷の駆動および補機バッテリの充電を行なうためのDC/DCコンバータを、車両運転時には連続運転させ、外部充電時には間欠運転させる技術を開示する。
特開2009−027774号公報(特許文献1)に開示された技術によれば、外部充電中に常にDC/DCコンバータを駆動する場合と比較して、間欠運転によってDC/DCコンバータによる電力変換時の損失を低減できるので充電効率を向上することができる。
特開2009−027774号公報
このようなDC/DCコンバータは、車両運転時には補機バッテリの充電だけでなく車両全体の補機負荷を駆動するため、その出力は比較的大きいものが採用される。
しかしながら、外部充電時は、車両運転時と比較して駆動される補機負荷が少なく、DC/DCコンバータを駆動することはオーバスペックとなる場合がある。このような場合には、小電力による電力変換のためにDC/DCコンバータの電力変換効率が悪くなるおそれがある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は外部電源によって充電可能な車両において、外部充電時の充電効率の低下を抑制することである。
本発明による電源システムは、充電が可能な第1の蓄電装置および第2の蓄電装置と、充電装置と、第1のコンバータおよび第2のコンバータと、制御装置とを備える。充電装置は、外部電源からの電力を用いて第1の蓄電装置の充電が可能である。第2の蓄電装置は、補機負荷に第1の蓄電装置の出力電圧よりも低電圧の電源電圧を供給する。第1のコンバータは、第1の蓄電装置からの電力を降圧して、補機負荷および第2の蓄電装置に電源電圧を供給する。第2のコンバータは、第1のコンバータよりも小容量であり、外部電源からの電力を用いて第2の蓄電装置の充電が可能である。そして、制御装置は、外部電源を用いた充電の実行時に、第2の蓄電装置の充電状態に基づいて、充電装置から第1の蓄電装置への充電電力、および第2のコンバータから第2の蓄電装置への充電電力を制御する。
好ましくは、制御装置は、第2の蓄電装置の充電が必要な場合は、第1の蓄電装置の充電よりも第2の蓄電装置を優先して充電するように第1の蓄電装置および第2の蓄電装置への充電電力を設定する。
好ましくは、制御装置は、外部電源を用いた充電を開始する際は、充電装置による第1の蓄電装置の最初の充電動作を開始させる前に、第2のコンバータを用いて第2の蓄電装置の充電を実行させる。
好ましくは、制御装置は、第2の蓄電装置の充電状態が、満充電を示す基準値に到達した場合は、第2の蓄電装置の充電電力を低下させるとともに、充電装置を用いて第1の蓄電装置の充電を開始させる。
好ましくは、制御装置は、第2の蓄電装置の充電状態が、第1のコンバータの駆動が必要となる第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値まで低下した場合には、第1の蓄電装置の充電電力を低下させるとともに、第2のコンバータを用いて第2の蓄電装置の充電電力を増加させる。
好ましくは、制御装置は、第2の蓄電装置の充電状態が、第1のコンバータの駆動が必要となる第1のしきい値まで低下した場合は、第1のコンバータを用いて第2の蓄電装置の充電を実行させる。
好ましくは、第1のコンバータは、出力電力が基準値よりも低下すると運転効率が低下する特性を有する。
好ましくは、第2のコンバータは、外部電源からの交流電力を直流電力に変換するように構成されたAC/DCコンバータである。
好ましくは、充電装置は、外部電源からの交流電力を直流電力に整流するための整流回路を含む。そして、第2のコンバータは、整流回路によって整流された直流電圧を電圧変換するように構成されたDC/DCコンバータである。
本発明による車両は、充電が可能な第1の蓄電装置および第2の蓄電装置と、駆動装置と、充電装置と、補機負荷と、第1のコンバータおよび第2のコンバータと、制御装置とを備える。駆動装置は、第1の蓄電装置からの電力によって、車両を走行するための駆動力を発生させるように構成される。充電装置は、外部電源からの電力を用いて第1の蓄電装置の充電が可能である。第2の蓄電装置は、補機負荷に第1の蓄電装置の出力電圧よりも低電圧の電源電圧を供給することが可能である。第1のコンバータは、第1の蓄電装置からの電力を降圧して、補機負荷および第2の蓄電装置に電源電圧を供給する。第2のコンバータは、第1のコンバータよりも小容量であり、外部電源からの電力を用いて、第2の蓄電装置の充電が可能である。そして、制御装置は、外部電源を用いた充電の実行時に、第2の蓄電装置の充電状態に基づいて、充電装置から第1の蓄電装置への充電電力、および第2のコンバータから第2の蓄電装置への充電電力を制御する。
本発明によれば、外部電源によって充電可能な車両の電源システムにおいて、外部充電時の充電効率の低下を抑制することができる。
実施の形態に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 PCUの内部構成の一例を示す図である。 DC/DCコンバータの出力電力と運転効率との関係の一例を示す図である。 本実施の形態において、外部充電中における補機バッテリの充電制御の概要を説明するための第1の図である。 本実施の形態において、外部充電中における補機バッテリの充電制御の概要を説明するための第2の図である。 本実施の形態において、外部充電中における補機バッテリの充電制御の概要を説明するための第3の図である。 本実施の形態において、HV−ECUで実行される外部充電中における補機バッテリの充電制御を説明するための機能ブロック図である。 本実施の形態において、HV−ECUで実行される外部充電中における補機バッテリの充電制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。 実施の形態の変形例に従う電源システムを搭載した車両の全体ブロック図である。 整流回路の内部構成の一例を示す図である。
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り返さない。
図1は、本発明の実施の形態に従う電源システムを搭載した車両100の全体ブロック図である。
図1を参照して、車両100は、蓄電装置110と、システムメインリレー(以下、SMR(System Main Relay)とも称する。)115と、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ130と、動力伝達ギア140と、駆動輪150と、制御装置(以下、HV−ECU(Electronic Control Unit)とも称する。)300とを備える。
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
蓄電装置110は、SMR115を介してモータジェネレータ130を駆動するためのPCU120に接続される。そして、蓄電装置110は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU120に供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ130で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力は、たとえば200Vである。
SMR115に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置110の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。SMR115に含まれるリレーの他方端は、PCU120に接続された電力線PL1および接地線NL1にそれぞれ接続される。そして、SMR115は、HV−ECU300からの制御信号SE1に基づいて、蓄電装置110とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切替える。
図2は、PCU120の内部構成の一例を示す図である。
図2を参照して、PCU120は、コンバータ121と、インバータ122と、コンデンサC1,C2とを含む。
コンバータ121は、HV−ECU300からの制御信号PWCに基づいて、電力線PL1および接地線NL1と電力線HPLおよび接地線NL1との間で電力変換を行なう。
インバータ122は、電力線HPLおよび接地線NL1に接続される。インバータ122は、HV−ECU300からの制御信号PWIに基づいて、コンバータ121から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ130を駆動する。なお、本実施の形態においては、モータジェネレータおよびインバータの対が1つ設けられる構成を一例として示すが、モータジェネレータおよびインバータの対を複数備える構成としてもよい。
コンデンサC1は、電力線PL1および接地線NL1の間に設けられ、電力線PL1および接地線NL1間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサC2は、電力線HPLおよび接地線NL1の間に設けられ、電力線HPLおよび接地線NL1間の電圧変動を減少させる。
再び図1を参照して、モータジェネレータ130は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
モータジェネレータ130の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア140を介して駆動輪150に伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ130は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪150の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、PCU120によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
また、モータジェネレータ130の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ130を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置110を充電することも可能である。
すなわち、本実施の形態における車両100は、車両駆動力を発生するための電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、ならびにエンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などを含む。
図示された車両100の構成から、モータジェネレータ130、動力伝達ギア140および駆動輪150を除いた部分によって、車両の電源システムが構成される。
電源システムは、さらに低電圧系(補機系)の構成として、DC/DCコンバータ170と、補機バッテリ180と、補機負荷190とを含む。
DC/DCコンバータ170は、電力線PL1および接地線NL1に接続され、HV−ECU300からの制御信号PWDに基づいて、蓄電装置110から供給される直流電圧を降圧する。そして、DC/DCコンバータ170は、電力線PL3を介して補機バッテリ180、補機負荷190およびHV−ECU300などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。
補機バッテリ180は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ180の出力電圧は、蓄電装置110の出力電圧よりも低く、たとえば12V程度である。
補機負荷190には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒータ、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。
HV−ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力および各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
HV−ECU300は、PCU120、DC/DCコンバータ170、およびSMR115などを制御するための制御信号を出力する。
HV−ECU300は、蓄電装置110に含まれるセンサ(図示せず)からの電圧VB1および電流IB1の検出値を受ける。HV−ECU300は、電圧VB1および電流IB1に基づいて、蓄電装置110の充電状態SOC(State of Charge)1を演算する。また、HV−ECU300は、補機バッテリ180に含まれるセンサ(図示せず)からの電圧VB2および/または電流IB2の検出値を受ける。HV−ECU300は、電圧VB2および/または電流IB2に基づいて、補機バッテリ180の充電状態SOC2を演算する。
また、HV−ECU300は、補機負荷190の使用状態および使用予定を表わす信号AUXを受ける。この信号AUXは、補機負荷190に含まれる各機器への駆動信号や使用電力などによる使用状態、および、運転者によって入力部(図示せず)から入力される各機器の使用予定に基づいて設定される信号である。HV−ECU300は、外部充電中に、補機バッテリ180のSOC2およびこの補機負荷に関する信号AUXに基づいて、後述する充電制御を行なう。
電源システムは、外部電源260からの電力によって蓄電装置110を充電するための構成として、充電装置200と、AC/DCコンバータ210と、充電ECU220と、充電リレーCHR240と、接続部250とを含む。
接続部250には、充電ケーブルの充電コネクタ270が接続される。そして、外部電源260からの電力が、充電ケーブルを介して車両100に伝達される。
充電装置200は、電力線ACL1,ACL2を介して接続部250に接続される。また、充電装置200は、CHR240を介して蓄電装置110と接続される。そして、充電装置200は、充電ECU220からの制御信号PWEに基づいて、外部電源260から供給される交流電力を、蓄電装置110が充電可能な直流電力に変換する。
CHR240に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置110の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。CHR240に含まれるリレーの他方端は、充電装置200に接続された電力線PL2および接地線NL2にそれぞれ接続される。そして、CHR240は、充電ECU220からの制御信号SE2に基づいて、蓄電装置110と充電装置200との間での電力の供給と遮断とを切替える。
AC/DCコンバータ210は、電力線ACL1,ACL2に接続される。AC/DCコンバータ210は、HV−ECU300からの制御信号PWFにより制御されて外部電源260から供給された交流電圧を直流電圧に変換する。そして、AC/DCコンバータ210は、電力線PL4を介して充電ECU220へ電源電圧を供給する。また、電力線PL4は電力線PL3にも接続される。そして、外部充電中に、AC/DCコンバータ210からの電力を用いて、補機バッテリ180の充電および補機負荷190の駆動を行なうことができる。AC/DCコンバータ210は、基本的には充電ECU220へ電源電圧を供給するためのものであるので、その定格出力は上述のDC/DCコンバータ170の定格出力に比べて小さいものが採用される。
充電ECU220は、充電装置200およびCHR240を制御するための制御装置である。充電ECU220は、HV−ECU300と通信可能に構成される。充電ECU220は、HV−ECU300からの充電指令CHGに従って充電装置200およびCHR240を制御し、外部充電を実行する。
なお、図1においては、充電ECU220が、充電装置200とは別個に設けられる構成となっているが、充電ECU220は充電装置200に含まれる構成としてもよい。あるいは、HV−ECU300が、充電ECU220の機能を含む構成としてもよい。
このような車両100では、車両運転中は、補機バッテリ180の充電および補機負荷190の駆動のために、一般的には、DC/DCコンバータ170は常時運転される。
外部充電時においても、運転者によって補機負荷190が運転される場合があるが、その場合の補機負荷190の消費電力は車両運転中の消費電力と比較して小さい場合が多い。
DC/DCコンバータ170は、車両運転中の補機系への電力を供給するために、上述のように比較的大容量のものが一般的に採用される。図3は、DC/DCコンバータ170の出力電力と運転効率の一例を示す図であるが、このような大容量のDC/DCコンバータにおいては、出力電力がある基準値(たとえば、図3の点P2)より小さくなると、徐々に運転効率が低下する傾向がある。そのため、上述のように、車両運転中と比べて消費電力の小さい外部充電時においては、できるだけDC/DCコンバータ170の運転を行なわないことが望ましい。
一方で、DC/DCコンバータ170が運転されない場合には、HV−ECU300および補機負荷190への電源電圧は、原則として補機バッテリ180から供給されることになる。しかしながら、HV−ECU300および補機負荷190によって電力が消費されるにつれて、補機バッテリ180のSOC2が徐々に低下する。そのため、補機バッテリ180を充電することが必要となる。
そこで、本実施の形態においては、外部充電中において、補機バッテリ180の充電状態および補機負荷190の状態に基づいて、充電装置200から蓄電装置110への充電電力、および小容量のAC/DCコンバータ210から補機バッテリ180への充電電力を変更する充電制御を行なう。このような制御を行なうことで、外部充電中に、補機バッテリ180の充電状態SOC2が、DC/DCコンバータ170を用いて補機バッテリ180を充電することが必要となる下限しきい値をできるだけ下回らないようにする。これによって、DC/DCコンバータ170の使用頻度を少なくして充電効率の低下を抑制する。
図4は、本実施の形態において、外部充電中における補機バッテリ180の充電制御の概要を説明するための図である。図4においては、横軸に時間が示され、縦軸に補機バッテリ180の充電状態SOC2が示される。
図1および図4を参照して、時刻t1までは、車両100が、運転も外部充電もされていない状態であり、AC/DCコンバータ210およびDC/DCコンバータ170は両方とも停止状態で、補機バッテリ180の充電状態SOC2も一定である。
時刻t1において、充電ケーブルの充電コネクタ270が車両100の接続部250に接続され、それに応じてAC/DCコンバータ210の運転が開始される。本実施の形態においては、外部充電の開始時に、メインバッテリである蓄電装置110の充電に先立ってまず補機バッテリ180の充電を行なう。これは以下のような理由によるものである。
一般的に、補機バッテリ180については、自己放電による損失の低減、および内部抵抗の低減のために、通常は低電圧状態、すなわちSOC2が比較的低くなる状態に保持されることが多い。そのため、外部充電開始時点においては、補機バッテリ180のSOC2が低い状態であることが多く、この状態で蓄電装置110の充電を開始すると、充電開始直後に補機バッテリ180の充電が必要となる可能性がある。そして、場合によってはDC/DCコンバータ170の運転が必要となる場合があるので、DC/DCコンバータ170の運転頻度をできるだけ少なくして充電効率の低下を防止するという目的とは逆の動作となり得る。したがって、本実施の形態においては、外部充電開始直後にまず補機バッテリ180を満充電状態とし、それに引き続いて蓄電装置110の充電を開始することによって、DC/DCコンバータ170の運転頻度をできるだけ少なくする。
時刻t1から時刻t2の間のAC/DCコンバータ210による補機バッテリ180の充電においては、充電装置200が運転されていないので、したがって、充電ECU220も停止される。このとき、AC/DCコンバータ210の出力電力は、定格の最大出力電力(たとえば、150W)に設定される。これによって、AC/DCコンバータ210の出力可能電力のほとんど全てを、補機バッテリ180の充電電力(補機負荷190が使用される場合は、それに加えて補機負荷190の駆動電力)として使用することができる。
時刻t1からAC/DCコンバータ210による補機バッテリ180の充電開始後、補機バッテリ180の充電状態SOC2が増加し(図4中の曲線W1)、満充電を示すしきい値HLに到達すると(時刻t2)、HV−ECU300からの充電指令CHGに従って充電ECU220が起動される。これによって、充電装置200による蓄電装置110の充電が開始される。
時刻t2においては、補機バッテリ180を充電する必要がないので、AC/DCコンバータ210の出力電力は、充電ECU220を駆動するために必要な電力(たとえば、100W)に設定される。一方、充電装置200は、外部電源260からの供給電力(たとえば、1500W)から、AC/DCコンバータ210で使用される電力(すなわち、充電ECU220を駆動するために必要な電力)を差し引いた電力(たとえば、1400W)を使用して蓄電装置110を充電する。
そして、時刻t3において蓄電装置110の充電が完了すると、充電装置200および
AC/DCコンバータ210の運転が停止される。時刻t2から時刻t3の間においては、補機バッテリ180には充電電力は供給されず、補機負荷190およびHV−ECU300によって補機バッテリ180の電力が消費されて、SOC2が徐々に低下する。
また、図4には、比較として、本実施の形態の充電制御を適用せず、時刻t1で外部充電が開始されたときに、直ちに蓄電装置110を充電する場合が、破線の曲線W2として示される。
この場合、蓄電装置110の充電開始後、補機バッテリ180には充電電力が供給されないので、SOC2は徐々に低下していく。
その後、補機バッテリ180の充電状態SOC2が、補機バッテリ180の充電が必要であることを示す下限しきい値LL1まで低下した時点(時刻t2A)で、DC/DCコンバータ170が運転され、補機バッテリ180の充電が開始される。
時刻t3Aにおいて補機バッテリ180の充電が完了すると、DC/DCコンバータ170が停止される。そして、時刻t4において蓄電装置110の充電が完了する。
このように、図4に示した例においては、本実施の形態を適用して、蓄電装置110の充電電力および補機バッテリ180の充電電力を、補機バッテリ180の充電状態SOC2に従って調整することによって、外部充電中にDC/DCコンバータ170を運転することが防止できる。
図5および図6を用いて、本実施の形態を適用した補機バッテリ180の充電制御において、蓄電装置110の充電開始後に補機バッテリ180の再充電が行なわれる場合について説明する。
図5は、補機負荷190による消費電力が比較的少なく、AC/DCコンバータ210の最大出力電力によって、補機バッテリ180の充電と補機負荷190の駆動が可能な場合のタイムチャートである。
図1および図5を参照して、時刻t12までは、図4における時刻t2までと同様であり、蓄電装置110の充電に先立って補機バッテリ180が充電される。
時刻t12で補機バッテリ180の充電が完了し、充電装置200の出力電力が増加されて蓄電装置110が優先的に充電される。これに伴って補機バッテリ180のSOC2が低下していくが、図5においては、図4と比較して補機負荷190による消費電力が大きい、または、蓄電装置110のSOC1のレベルが低く充電により多くの時間が必要であり、蓄電装置110の充電が完了する前に、補機バッテリ180のSOC2が、図4における下限しきい値LL1よりも少し大きい他のしきい値LL2まで低下する(時刻t13)。
このしきい値LL2は、蓄電装置110よりも補機バッテリ180の充電を優先するように切替えるためのしきい値である。この時刻t13において、AC/DCコンバータ210の出力電力が定格の最大電力付近(たとえば、150W)まで増加される。さらに、充電装置200および充電ECU220の運転が停止される。これによって、補機バッテリ180の充電が開始される。
そして、時刻t14にて補機バッテリ180の充電が完了すると、時刻t12の場合と同様に、AC/DCコンバータ210の出力電力が充電ECU220を駆動するために必要な電力まで低下されるとともに、充電装置200による蓄電装置110の充電が再開される。
なお、上記の時刻t13の場合に、充電ECU220を運転した状態では、補機バッテリ180には上記の例では50Wの電力が供給可能である。もし、補機負荷190およびHV−ECU300による消費電力が50Wより小さい場合には、充電装置200の出力電力を低下させることによって(たとえば、1350W)、蓄電装置110および補機バッテリ180を並行して充電することも可能である。
図6は、補機負荷190による消費電力が多く(たとえば、200W)、AC/DCコンバータ210の出力電力では、補機バッテリ180を充電するための電力が不足する場合のタイムチャートである。
図6を参照して、図4および図5と同様に、時刻t21において、蓄電装置110の充電に先立って補機バッテリ180の充電が開始される。しかしながら、図6の場合は、補機負荷190による消費電力(たとえば、200W)がAC/DCコンバータ210が供給可能な電力(たとえば、150W)を上回っているため、補機バッテリ180は充電されず、反対に補機負荷190を駆動するために補機バッテリ180からも電力が出力される。これによって、SOC2が徐々に低下する。
時刻t22において、SOC2がしきい値LL2まで低下するが、すでにAC/DCコンバータ210の最大電力が出力されているため、さらにSOC2が低下する。そして、時刻t23において、SOC2が下限しきい値LL1まで低下すると、図4の破線の曲線W2で示した比較例のように、DC/DCコンバータ170が運転されて補機バッテリ180が充電される(時刻t23から時刻t24)。補機バッテリ180の充電が完了すると、DC/DCコンバータ170が停止され、蓄電装置110の充電が開始される。そして、蓄電装置110の充電中に再びSOC2が再び下限しきい値LL1まで低下すると(時刻t25)、時刻t23から時刻t24と同様にDC/DCコンバータ170が運転されて補機バッテリ180が充電される(時刻t25から時刻t27)。なお、DC/DCコンバータ170によって補機バッテリ180が充電されている間(時刻t23から時刻t24)に、並行して充電装置200によって蓄電装置110の充電を行なってもよい。
以上の図4から図6で説明したように、補機バッテリ180の充電状態SOC2および補機負荷190の使用状態に基づいて、補機バッテリ180への充電電力および蓄電装置110への充電電力を調整することによって、図6のような補機負荷190による消費電力が大きい場合を除いては、できるだけDC/DCコンバータ170の運転を抑制することが可能となる。その結果、運転効率が低下する小電力でのDC/DCコンバータ170の運転頻度が少なくなるため、外部充電中の充電効率の低下を抑制することができる。
図7は、本実施の形態において、HV−ECU300で実行される、外部充電時における補機バッテリ180の充電制御を説明するための機能ブロック図である。図7の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、HV−ECU300によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
図1および図7を参照して、HV−ECU300は、充電状態演算部310と、補機使用状態判定部320と、充電比率設定部330と、充電装置制御部340と、AC/DCコンバータ制御部350と、DC/DCコンバータ制御部360とを含む。
充電状態演算部310は、補機バッテリ180の電圧VB2および電流IB2を受ける。充電状態演算部310は、これらの情報に基づいて、補機バッテリ180の充電状態SOC2を演算し、充電比率設定部330へ出力する。
補機使用状態判定部320は、補機負荷190の運転状態および運転予定を示す信号AUXを受ける。補機使用状態判定部320は、信号AUXに基づいて補機負荷190に含まれる各機器の使用予定を含む使用状態、および消費電力を認識する。そして、補機使用状態に関する信号SIGを充電比率設定部330へ出力する。
充電比率設定部330は、充電状態演算部310からの充電状態SOC2および補機使用状態判定部320からの補機使用状態に関する信号SIGを受ける。充電比率設定部330は、これらの情報に基づいて、補機バッテリ180への充電電力および蓄電装置110への充電電力の設定、ならびに、DC/DCコンバータ170の運転の有無を判定する。そして、充電比率設定部330は、これらの結果に基づいて、充電装置200、AC/DCコンバータ210およびDC/DCコンバータ170の出力電力の比率を示す信号RTOを、充電装置制御部340、AC/DCコンバータ制御部350およびDC/DCコンバータ制御部360へ出力する。なお、上記の比率については、充電装置200、AC/DCコンバータ210およびDC/DCコンバータ170のそれぞれの定格出力電力に対する指令出力電力の比率とすることが好ましい。
充電装置制御部340は、充電比率設定部330からの信号RTOを受ける。そして、充電装置制御部340は、この信号RTOに基づいて、設定された電力を出力するための充電指令CHGを生成して充電ECU220へ出力する。
AC/DCコンバータ制御部350は、充電比率設定部330からの信号RTOを受ける。そして、AC/DCコンバータ制御部350は、信号RTOに基づいて、設定された電力を出力するための制御信号PWFを生成してAC/DCコンバータ210へ出力する。
DC/DCコンバータ制御部360は、充電比率設定部330からの信号RTOを受ける。そして、DC/DCコンバータ制御部360は、信号RTOに基づいて、設定された電力を出力するための制御信号PWDを生成してDC/DCコンバータ170へ出力する。
図8は、本実施の形態において、HV−ECU300で実行される、外部充電時における補機バッテリ180の充電制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図8に示されるフローチャートは、HV−ECU300に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部または全部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)で処理を実現することも可能である。
図1および図8を参照して、HV−ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、外部電源が接続部250へ接続されたか否かを判定する。S100においては、充電コネクタ270が接続部250へ接続された初回の場合のみYESが選択され、それ以降接続が継続された状態ではNOが選択される。
外部電源の初回接続の場合(S100にてYES)は、S110からS130がスキップされて、処理がS140に進められる。そして、HV−ECU300は、AC/DCコンバータ210を起動して、蓄電装置110の充電に先立って補機バッテリ180の充電を開始する。
次に、HV−ECU300は、S150にて補機バッテリ180の充電状態SOC2が下限しきい値LL1より大きいか否かを判定する。
SOC2が下限しきい値LL1より大きい場合(S150にてYES)は、処理がS160に進められ、HV−ECU300は、SOC2が上限しきい値HL以上か否かを判定される。
SOC2が上限しきい値HLより小さい場合(S160にてNO)は、HV−ECU300は、補機バッテリ180の充電がまだ完了していないと判断し、処理をS150に戻して補機バッテリ180の充電を継続する。
SOC2が上限しきい値HL以上の場合(S160にてYES)は、HV−ECU300は、補機バッテリ180の充電が完了したと判断して、メインルーチンに処理を戻す。
ここで、SOC2が下限しきい値LL1以下の場合(S150にてYES)は、HV−ECU300は、図6で説明したように、AC/DCコンバータ210の定格出力電力よりも補機負荷190の消費電力が大きく、AC/DCコンバータ210では補機バッテリ180の充電が不可能であると判断する。そして、HV−ECU300は、S170にてDC/DCコンバータ170を運転して、蓄電装置110からの電力を用いて、AC/DCコンバータ210の定格出力電力よりも大きな電力で補機バッテリ180を充電する。その後、処理がS160に進められ、上述のように補機バッテリ180の充電が完了したか否かが判定される。
なお、図8には図示していないが、DC/DCコンバータ170が運転された場合には、SOC2が上昇しても補機バッテリ180の充電が完了するまでは、DC/DCコンバータ170の運転が継続される。
一方、外部電源の初回接続ではない場合(S100にてNO)は、処理がS110に進められる。そして、HV−ECU300は、補機負荷190が使用中または外部充電中に使用予定があるか否かを判定する。
補機負荷190が使用中または外部充電中に使用予定がある場合(S110にてYES)は、処理がS120に進められ、HV−ECU300は、次にSOC2が上限しきい値以上か否か、すなわち補機バッテリ180が満充電であるか否かを判定する。
SOC2が上限しきい値より小さい場合(S120にてNO)は、処理がS130に進められ、HV−ECU300は、今度は、SOC2がしきい値LL2より大きいか否かを判定する。
SOC2がしきい値LL2以下の場合(S130にてNO)は、HV−ECU300は、補機バッテリ180の充電が必要であると判断し、S140へ処理を進める。
S140では、HV−ECU300は、蓄電装置110よりも補機バッテリ180の充電を優先するために、AC/DCコンバータ210の出力電力を増加させるとともに、図5および図6で説明したように、充電装置200の出力電力を低下または充電装置200を停止させる。以降のS150からS170の処理は上述と同様である。
補機負荷190が使用中でなく外部充電中に使用予定もない場合(S110にてNO)、SOC2が上限しきい値以上の場合(S120にてYES)、またはSOC2がしきい値LL2より大きい場合(S130にてYES)は、HV−ECU300は、補機バッテリ180の充電が必要ないと判断する。そして、S180に処理が進められて、HV−ECU300は、充電装置200による蓄電装置110の充電を優先するように、充電ECU220を運転するために必要な電力までAC/DCコンバータ210の出力電力を低下させる。さらに、HV−ECU300は、外部充電において車両100で使用する電力が外部電源260の供給可能電力を超えない範囲で、充電装置200の出力電力を最大に設定する。なお、図には示さないが、補機負荷190が使用中でなく外部充電中に使用予定もない場合(S110にてNO)であっても、補機バッテリ180のSOC2がしきい値LL2以下となったときには、S140と同様に、補機バッテリ180の充電が行なわれる。
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、補機バッテリ180の充電状態SOC2および補機負荷190の使用状態に基づいて、補機バッテリ180への充電電力および蓄電装置110への充電電力を調整することができる。これによって、外部充電中において、できるだけDC/DCコンバータ170の運転を抑制することが可能となる。その結果、運転効率が低下する小電力でのDC/DCコンバータ170の運転頻度が少なくなるため、外部充電中の充電効率の低下を抑制することができる。
[変形例]
上述の実施の形態においては、外部電源からの電力を用いた充電ECUおよび補機バッテリ等への電力の供給はAC/DCコンバータを用いて行なう構成について説明した。
ところで、蓄電装置を充電するための充電装置については、その内部に外部電源からの交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を有するものがある。このような構成の充電装置の場合には、AC/DCコンバータに代えて、上記の整流回路によって変換された直流電圧を降圧するDC/DCコンバータを用いる構成とすることも可能である。
変形例においては、AC/DCコンバータに代えて、小容量のDC/DCコンバータを備える構成の例について説明する。
図9は、実施の形態の変形例に従う電源システムを搭載した車両100Aの全体ブロック図である。図9では、実施の形態の図1に示した構成における充電装置200が充電装置200Aに置き換わり、AC/DCコンバータ210に代えて小容量のDC/DCコンバータ210Aが備えられる構成となっている。図9において、図1と重複する要素の説明は繰り返さない。
図9を参照して、充電装置200Aは、整流回路201と、DC/DCコンバータ202とを含む。整流回路201は、電力線ACL1,ACL2を介して接続部250に接続される。整流回路201は、外部電源260から供給された交流電圧を直流電圧に整流し、電力線PL5および接地線NL5に出力する。
図10は、整流回路201の内部構造の一例を示す図である。整流回路201は、リアクトルL1,L2と、ダイオードD1〜D4を含むダイオードブリッジ203と、コンデンサC10とを含む。
ダイオードブリッジ203は、直列接続されたダイオードD1,D2、および直列接続されたダイオードD3,D4が、電力線PL5および接地線NL5に並列に接続された構成となっている。
リアクトルL1の一方端はダイオードD1,D2の接続ノードに接続され、リアクトルL1の他方端は電力線ACL1に接続される。また、リアクトルL2の一方端はダイオードD3,D4の接続ノードに接続され、リアクトルL2の他方端は電力線ACL2に接続される。
コンデンサC10は、電力線PL5と接地線NL5との間に、ダイオードブリッジ203に並列に接続され、電力線PL5と接地線NL5との間の電圧変動を低減する。
このような構成とすることにより、整流回路201は、外部電源260から供給された交流電圧を直流電圧に整流する。なお、整流回路201の構成は、交流電圧を直流電圧に変換できる回路であれば、図10で説明した構成に限定されない。他の整流回路の例としては、たとえばフルブリッジ型のコンバータや、ハーフブリッジ型のコンバータとすることも可能であるが、図10のように特別な制御を必要としない構成とすることで、制御負荷を増加させずシンプルな構成とすることが好ましい。
再び図9を参照して、DC/DCコンバータ202は、電力線PL5および接地線NL5を介して整流回路201に接続される。また、DC/DCコンバータ202は、電力線PL2および接地線NL2によって、CHR240を介して蓄電装置110に接続される。DC/DCコンバータ202は、充電ECU220からの制御信号PWEにより制御され、整流回路201から出力される直流電圧を電圧変換して蓄電装置110に充電電力を供給する。
DC/DCコンバータ210Aは、電力線PL5および接地線NL5に接続される。DC/DCコンバータ210Aは、HV−ECU300からの制御信号PWFにより制御され、整流回路201から出力される直流電圧を降圧して電力線PL4へ出力する。
このような構成において、上述の実施の形態と同様の制御を行なうことによって、外部充電中に、できるだけ大容量のDC/DCコンバータ170の運転を抑制して、外部充電時の充電効率の低下を抑制することができる。
なお、本実施の形態の「充電ECU220」および「HV−ECU300」は、本発明の「制御装置」の一例である。本実施の形態の「蓄電装置110」および「補機バッテリ180」は、それぞれ本発明の「第1の蓄電装置」および「第2の蓄電装置」の一例である。本実施の形態の「DC/DCコンバータ170」は、本発明の「第1のコンバータ」の一例である。本実施の形態の「AC/DCコンバータ210」および「DC/DCコンバータ210A」は、本発明の「第2のコンバータ」の一例である。
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。
100,100A 車両、110 蓄電装置、115 SMR、120 PCU、121 コンバータ、122 インバータ、130 モータジェネレータ、140 動力伝達ギア、150 駆動輪、170,202,210,210A DC/DCコンバータ、180 補機バッテリ、190 補機負荷、200,200A 充電装置、201 整流回路、203 ダイオードブリッジ、220 充電ECU、240 CHR、250 接続部、260 外部電源、270 充電コネクタ、300 HV−ECU、310 充電状態演算部、320 補機使用状態判定部、330 充電比率設定部、340 充電装置制御部、350 AC/DCコンバータ制御部、360 DC/DCコンバータ制御部、ACL1,ACL2,HPL,PL1〜PL5 電力線、C1,C2,C10 コンデンサ、D1〜D4 ダイオード、L1,L2 リアクトル、NL1,2,5 接地線。

Claims (9)

  1. 充電が可能な第1の蓄電装置と、
    外部電源からの電力を用いて前記第1の蓄電装置の充電が可能に構成された充電装置と、
    補機負荷に前記第1の蓄電装置の出力電圧よりも低電圧の電源電圧を供給することが可能に構成された第2の蓄電装置と、
    前記第1の蓄電装置からの電力を降圧して、前記補機負荷および前記第2の蓄電装置に電源電圧を供給するための第1のコンバータと、
    前記第1のコンバータよりも小容量であり、前記外部電源からの電力を用いて、前記第2の蓄電装置の充電が可能に構成された、第2のコンバータと、
    前記外部電源を用いた充電の実行時に、前記第2の蓄電装置の充電状態に基づいて、前記充電装置から前記第1の蓄電装置への充電電力、および前記第2のコンバータから前記第2の蓄電装置への充電電力を制御するための制御装置とを備え
    前記制御装置は、前記第2の蓄電装置の充電が必要な場合は、前記第1の蓄電装置の充電よりも前記第2の蓄電装置を優先して充電するように前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置への充電電力を設定する、電源システム。
  2. 前記制御装置は、前記外部電源を用いた充電を開始する際は、前記充電装置による前記第1の蓄電装置の最初の充電動作を開始させる前に、前記第2のコンバータを用いて前記第2の蓄電装置の充電を実行させる、請求項に記載の電源システム。
  3. 前記制御装置は、前記第2の蓄電装置の充電状態が、満充電を示す基準値に到達した場合は、前記第2の蓄電装置の充電電力を低下させるとともに、前記充電装置を用いて前記第1の蓄電装置の充電を開始させる、請求項に記載の電源システム。
  4. 前記制御装置は、前記第2の蓄電装置の充電状態が、前記第1のコンバータの駆動が必要となる第1のしきい値よりも大きな第2のしきい値まで低下した場合には、前記第1の蓄電装置の充電電力を低下させるとともに、前記第2のコンバータを用いて前記第2の蓄電装置の充電電力を増加させる、請求項またはに記載の電源システム。
  5. 前記制御装置は、前記第2の蓄電装置の充電状態が、前記第1のコンバータの駆動が必要となる第1のしきい値まで低下した場合は、前記第1のコンバータを用いて前記第2の蓄電装置の充電を実行させる、請求項2〜4のいずれか1項に記載の電源システム。
  6. 前記第1のコンバータは、出力電力が基準値よりも低下すると運転効率が低下する特性を有する、請求項1に記載の電源システム。
  7. 前記第2のコンバータは、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するように構成されたAC/DCコンバータである、請求項1〜のいずれか1項に記載の電源システム。
  8. 前記充電装置は、
    前記外部電源からの交流電力を直流電力に整流するための整流回路を含み、
    前記第2のコンバータは、前記整流回路によって整流された直流電圧を電圧変換するように構成されたDC/DCコンバータである、請求項1〜のいずれか1項に記載の電源システム。
  9. 車両であって、
    充電が可能な第1の蓄電装置と、
    前記第1の蓄電装置からの電力によって、前記車両を走行するための駆動力を発生させるように構成された駆動装置と、
    外部電源からの電力を用いて前記第1の蓄電装置の充電が可能に構成された充電装置と、
    補機負荷と、
    前記補機負荷に前記第1の蓄電装置の出力電圧よりも低電圧の電源電圧を供給することが可能に構成された第2の蓄電装置と、
    前記第1の蓄電装置からの電力を降圧して、前記補機負荷および前記第2の蓄電装置に電源電圧を供給するための第1のコンバータと、
    前記第1のコンバータよりも小容量であり、前記外部電源からの電力を用いて、前記第2の蓄電装置の充電が可能に構成された、第2のコンバータと、
    前記外部電源を用いた充電の実行時に、前記第2の蓄電装置の充電状態に基づいて、前記充電装置から前記第1の蓄電装置への充電電力、および前記第2のコンバータから前記第2の蓄電装置への充電電力を制御するための制御装置とを備え
    前記制御装置は、前記第2の蓄電装置の充電が必要な場合は、前記第1の蓄電装置の充電よりも前記第2の蓄電装置を優先して充電するように前記第1の蓄電装置および前記第2の蓄電装置への充電電力を設定する、車両。
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