JP5327235B2

JP5327235B2 - 車両の充電システムおよび充電システムの制御方法

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Publication number: JP5327235B2
Application number: JP2010549286A
Authority: JP
Inventors: 典丈光谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2029-02-03
Also published as: WO2010089843A1; EP2395622A4; EP2395622A1; JPWO2010089843A1; CN102301559A; EP2395622B1; CN102301559B; US20110309793A1; US8604751B2

Description

この発明は、車両の充電システムおよび充電システムの制御方法に関し、特に、車両外部から充電可能な蓄電装置を搭載する車両の充電システムおよび充電システムの制御方法に関する。

近年、環境に配慮した車両として電気自動車やハイブリッド自動車など、走行用のモータを搭載し、それを駆動するためのバッテリを搭載した車両の開発が盛んになってきている。

特開平０７−１９４０１５号公報（特許文献１）は、電気自動車に搭載されたバッテリを充電するための充電制御装置を開示する。この充電制御装置には、異常検出センサおよび電流センサの検出値が入力される。充電制御装置は、バッテリが正常であると判断すると、電力制御部を調節して最適の充電電流がバッテリへ供給されるように電流センサの値をフィードバックして充電を行なう。一方バッテリの異常や満充電など充電すべきでない状態が検出されると、電流センサの検出値がほぼ０となるように電力制御部からの出力電力が調節される。したがって、バッテリの異常時に作動するファンなどへの電力は、充電制御装置から直接供給され、異常状態や満充電状態にあるバッテリから放電されたりあるいはバッテリに充電されたりすることはなくなる。
特開平０７−１９４０１５号公報

上記の特開平０７−１９４０１５号公報で開示された技術では、バッテリの異常を検出するために温度センサでバッテリの温度を監視していた。しかし、外部電源からバッテリを充電することが可能に構成されたシステムにおいては、バッテリの異常だけでなく、充電器の異常も検出することが望ましい。このような充電器を含む充電系統の異常の検出は、電池充電電力、充電器供給電力を観測し、これらのモニタ値がともに大きく低下していることで行なうことができる。

しかしながら、バッテリの温度が極めて低い場合など、充電電力を大きくできない場合には、もともと充電電力が制限されているので、充電器の故障が発生していても、その故障を検出することができず、充電を終了させることができない。

この発明の目的は、充電が制限されている状況下において正常に充電系統の故障判断を行なうことができ、ひいては充電の機会を増やすことが可能となる車両の充電システムおよび充電システムの制御方法を提供することである。

この発明は、要約すると、車載の蓄電装置を充電する車両の充電システムであって、蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器と、充電器に対する電力指令値を生成することによって充電器の制御を行なう充電制御装置とを備える。充電制御装置は、蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部と、蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部と、充電電力と目標値との差に基づいて目標値を補正して電力指令値を生成するためのフィードバック制御部と、充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部と、充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ供給電力が第２のしきい値よりも低下した場合に、目標値が異常検出可能範囲内であったときには充電器が異常である旨の診断を確定し、目標値が異常検出可能範囲内でないときには充電器の異常診断の実行を保留する充電異常監視部とを含む。

好ましくは、充電異常監視部は、充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ供給電力が第２のしきい値よりも低下した場合に、目標値が異常検出可能範囲内であったときには充電器が異常である旨の診断を確定させるとともに充電器の動作を停止させ、目標値が異常検出可能範囲内でないときには充電器の異常診断の実行を保留するとともに充電器の動作を停止させる。

好ましくは、車両は、充電器から出力される電力の一部によって駆動され得る補機を含む。蓄電装置は、補機への電力供給経路に接続された第１の蓄電装置と、充電器の出力が接続された第２の蓄電装置とを含む。車両の充電システムは、第１の蓄電装置の電圧と電気負荷への供給電圧との間で電圧変換を行なう第１の電圧コンバータと、第２の蓄電装置の電圧と供給電圧との間で電圧変換を行なう第２の電圧コンバータとをさらに備える。充電制御装置は、第１、第２の電圧コンバータを制御することにより充電器から充電電力が供給される充電対象を第１、第２の蓄電装置のうちから選択する。

好ましくは、車両は、蓄電装置から電力を受けて作動する車両駆動用のモータと、モータと共に車両駆動用として併用される内燃機関とを含む。

この発明は、他の局面では、車載の蓄電装置を充電する充電システムの制御方法であって、充電システムは、蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器と、充電器に対する電力指令値を生成することによって充電器の制御を行なう充電制御装置とを含む。充電制御装置は、蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部と、蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部と、目標値と充電電力との差に基づいて目標値を補正して電力指令値を生成するためのフィードバック制御部と、充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部とを含む。制御方法は、充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ供給電力が第２のしきい値よりも低下したか否かを判断するステップと、目標値が異常検出可能範囲内であったときには充電器が異常である旨の診断を確定し、目標値が異常検出可能範囲内でないときには充電器の異常診断の実行を保留してシステムを終了させるステップとを含む。

本発明によれば、充電器の異常と誤診断される場合が防止されるとともに、充電不能な条件における無駄なシステム稼動が回避される。また正常時には、充電可能な機会が増加する。

この発明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に示したコンバータ１２−１，１２−２の概略構成図である。図１に示した充電器４２の概略構成図である。図１に示した充電ＥＣＵ４６の機能ブロック図である。図４の充電異常監視部６２で実行される制御を説明するためのフローチャートである。図５のステップＳ１で用いられるしきい値Ｐｔｈの設定の説明をするための図である。図５のステップＳ５における充電目標値ＰＲの異常検出可能範囲について説明するための図である。

符号の説明

１９電流センサ、２０電圧センサ、２２補機、３４動力分割装置、３６エンジン、３８駆動輪、４０ＭＧ−ＥＣＵ、４２充電器、４４車両インレット、４６充電ＥＣＵ、４７電圧センサ、４８電源、５１充電電力目標値決定部、５２充電電力検出部、５３減算部、５４フィードバック制御部、５５，５６，５７加算部、６１充電器供給電力検出部、６２充電異常監視部、８０電力制限部、８１フィルタ、８２ＡＣ／ＤＣ変換部、８３平滑コンデンサ、８４ＤＣ／ＡＣ変換部、８５絶縁トランス、８６整流部、８７温度センサ、８８マイコン、９１，９３，９４電圧センサ、９２，９５電流センサ、１００ハイブリッド自動車、Ｃ，Ｃ１平滑コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂダイオード、Ｌ１インダクタ、ＬＮ１Ａ正母線、ＬＮ１Ｂ配線、ＬＮ１Ｃ負母線、ＭＮＬ主負母線、ＭＰＬ主正母線、ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬＣ負極線、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬＣ正極線、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂスイッチング素子。

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。

［車両の全体構成］
図１は、この発明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１０−１〜１０−３と、システムメインリレー（System Main Relay）１１−１〜１１−３と、コンバータ１２−１，１２−２と、主正母線ＭＰＬと、主負母線ＭＮＬと、平滑コンデンサＣと、補機２２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、インバータ３０−１，３０−２と、モータジェネレータ（Motor Generator）３２−１，３２−２と、動力分割装置３４と、エンジン３６と、駆動輪３８とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、電圧センサ１４−１〜１４−３，１８−１，１８−２，２０と、電流センサ１６−１〜１６−３，１９と、ＭＧ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０とを備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、充電器４２と、車両インレット４４と、充電ＥＣＵ４６とを備える。

蓄電装置１０−１〜１０−３の各々は、再充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や、大容量のキャパシタ等を含む。蓄電装置１０−１は、システムメインリレー１１−１を介してコンバータ１２−１に接続され、蓄電装置１０−２，１０−３は、それぞれシステムメインリレー１１−２，１１−３を介してコンバータ１２−２に接続される。

システムメインリレー１１−１は、蓄電装置１０−１とコンバータ１２−１との間に設けられる。システムメインリレー１１−２は、蓄電装置１０−２とコンバータ１２−２との間に設けられ、システムメインリレー１１−３は、蓄電装置１０−３とコンバータ１２−２との間に設けられる。なお、蓄電装置１０−２と蓄電装置１０−３との短絡を避けるため、システムメインリレー１１−２，１１−３は、選択的にオンされ、同時にオンされることはない。

コンバータ１２−１，１２−２は、互いに並列して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。コンバータ１２−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＣ１に基づいて、蓄電装置１０−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。コンバータ１２−２は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＣ２に基づいて、コンバータ１２−２に電気的に接続された蓄電装置１０−２および蓄電装置１０−３のいずれかと主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

補機２２は、システムメインリレー１１−１とコンバータ１２−１との間に配設される正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１に接続される。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、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに含まれる電力変動成分を低減する。

インバータ３０−１，３０−２は、互いに並列して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。インバータ３０−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ３２−１を駆動する。インバータ３０−２は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ３２−２を駆動する。

モータジェネレータ３２−１，３２−２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３２−１，３２−２は、動力分割装置３４に連結される。動力分割装置３４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を含む。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３６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ３２−１の回転軸に連結される。リングギヤは、モータジェネレータ３２−２の回転軸および駆動輪３８に連結される。この動力分割装置３４によって、エンジン３６が発生する動力は、駆動輪３８へ伝達される経路と、モータジェネレータ３２−１へ伝達される経路とに分割される。

そして、モータジェネレータ３２−１は、動力分割装置３４によって分割されたエンジン３６の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置１０−１〜１０−３のＳＯＣが低下すると、エンジン３６が始動してモータジェネレータ３２−１により発電が行なわれ、その発電された電力が蓄電装置へ供給される。

一方、モータジェネレータ３２−２は、蓄電装置１０−１〜１０−３の少なくとも１つから供給される電力およびモータジェネレータ３２−１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。モータジェネレータ３２−２の駆動力は、駆動輪３８に伝達される。なお、車両の制動時には、車両の運動エネルギーが駆動輪３８からモータジェネレータ３２−２に伝達されてモータジェネレータ３２−２が駆動され、モータジェネレータ３２−２が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ３２−２は、車両の運動エネルギーを電力に変換して回収する回生ブレーキとして作動する。

ＭＧ−ＥＣＵ４０は、コンバータ１２−１，１２−２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１２−１，１２−２へ出力する。また、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、モータジェネレータ３２−１，３２−２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ３０−１，３０−２へ出力する。

また、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、充電ＥＣＵ４６から受ける信号ＣＨ１が活性化されると、充電器４２からコンバータ１２−２、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬならびにコンバータ１２−１を順次介して蓄電装置１０−１へ充電電力が供給されるように信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成してコンバータ１２−１，１２−２へそれぞれ出力する。

充電器４２は、車両インレット４４に入力端が接続され、システムメインリレー１１−２，１１−３とコンバータ１２−２との間に配設される正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に出力端が接続される。充電器４２は、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）４８から供給される電力を車両インレット４４から受ける。そして、充電器４２は、充電ＥＣＵ４６から電力指令値ＣＨＰＷを受け、充電器４２の出力電圧を所定の直流電圧に制御しつつ、充電器４２の出力電力が電力指令値ＣＨＰＷに一致するように出力電力を制御する。車両インレット４４は、外部電源４８から電力を受けるための電力インターフェースである。

電圧センサ１４−１〜１４−３は、蓄電装置１０−１の電圧ＶＢ１、蓄電装置１０−２の電圧ＶＢ２および蓄電装置１０−３の電圧ＶＢ３をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。電流センサ１６−１〜１６−３は、蓄電装置１０−１に対して入出力される電流ＩＢ１、蓄電装置１０−２に対して入出力される電流ＩＢ２および蓄電装置１０−３に対して入出力される電流ＩＢ３をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。

電圧センサ１８−１，１８−２は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の電圧ＶＬ１、および正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧ＶＬ２をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。電流センサ１９は、コンバータ１２−２に対して入出力される正極線ＰＬ２の電流ＩＬを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。なお、この電流センサ１９は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、充電器４２からコンバータ１２−２へ流れる電流を検出可能である。電圧センサ２０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。

充電ＥＣＵ４６は、車両インレット４４に接続される外部電源４８による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、蓄電装置１０−１〜１０−３の充電電力（ｋＷ／ｈ）の目標値ＰＲを図示されない車両ＥＣＵから受ける。また、充電ＥＣＵ４６は、充電器４２によって蓄電装置１０−１〜１０−３のいずれの充電が行なわれるかを示す信号ＳＥＬを上記の車両ＥＣＵから受ける。すなわち、この実施の形態１においては、蓄電装置１０−１〜１０−３は、予め定められた順序で順次充電される。

なお、蓄電装置１０−１の充電が行なわれるときは、充電ＥＣＵ４６からＭＧ−ＥＣＵ４０へ信号ＣＨ１が出力され、充電器４２からコンバータ１２−２およびコンバータ１２−１を順次介して蓄電装置１０−１へ電力が流れるようにコンバータ１２−１，１２−２が動作する。ここで、蓄電装置１０−１とコンバータ１２−１との間に接続されている補機２２は、蓄電装置１０−１の充電が行なわれるときは、充電器４２から供給される電力によって動作する。一方、蓄電装置１０−２または蓄電装置１０−３の充電が行なわれるときは、補機２２は、蓄電装置１０−１から電力の供給を受ける。

そして、充電ＥＣＵ４６は、外部電源４８による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、充電器４２の出力電力の目標値を示す電力指令値ＣＨＰＷを生成し、その生成した電力指令値ＣＨＰＷを充電器４２へ出力する。

ここで、充電ＥＣＵ４６は、電圧ＶＢ１〜ＶＢ３，ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＨおよび電流ＩＢ１〜ＩＢ３，ＩＬの各検出値を受け、蓄電装置１０−１〜１０−３に実際に供給される充電電力が目標値ＰＲに一致するように、充電器４２の電力指令値ＣＨＰＷを上記各検出値に基づいてフィードバック補正する。すなわち、この実施の形態においては、充電器４２の出力電力が目標値に一致するように充電器４２を制御するだけでなく、蓄電装置の実際の充電電力が目標値に一致するように、蓄電装置の状態に基づいて電力指令値ＣＨＰＷがフィードバック補正される。これにより、蓄電装置１０−１〜１０−３の充電電力を目標値ＰＲに確実に一致させることができる。

ハイブリッド自動車１００は、外部電源４８から入力される電圧ＶＡＣを検出する電圧センサ４７をさらに含む。充電ＥＣＵ４６は、電圧センサ４７から与えられる検出結果を受ける。充電ＥＣＵは、充電器４２に対して電力指令値ＣＨＰＷを出力することに加え、充電器４２のオン／オフ制御を行なう制御信号ＣＨＲＱを充電器４２に出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１２−１，１２−２の概略構成図である。なお、各コンバータの構成および動作は同様であるので、以下ではコンバータ１２−１の構成および動作について代表として説明する。

図２を参照して、コンバータ１２−１は、チョッパ回路１３−１と、正母線ＬＮ１Ａと、負母線ＬＮ１Ｃと、配線ＬＮ１Ｂと、平滑コンデンサＣ１とを含む。チョッパ回路１３−１は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、インダクタＬ１とを含む。

正母線ＬＮ１Ａは、一方端がスイッチング素子Ｑ１Ｂのコレクタに接続され、他方端が主正母線ＭＰＬに接続される。負母線ＬＮ１Ｃは、一方端が負極線ＮＬ１に接続され、他方端が主負母線ＭＮＬに接続される。

スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂは、負母線ＬＮ１Ｃと正母線ＬＮ１Ａとの間に直列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１Ａのエミッタが負母線ＬＮ１Ｃに接続され、スイッチング素子Ｑ１Ｂのコレクタが正母線ＬＮ１Ａに接続される。ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂは、それぞれスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂに逆並列に接続される。インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂの接続ノードと配線ＬＮ１Ｂとの間に接続される。

配線ＬＮ１Ｂは、一方端が正極線ＰＬ１に接続され、他方端がインダクタＬ１に接続される。平滑コンデンサＣ１は、配線ＬＮ１Ｂと負母線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、配線ＬＮ１Ｂおよび負母線ＬＮ１Ｃ間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

チョッパ回路１３−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０（図１）からの信号ＰＷＣ１に応じて、蓄電装置１０−１（図１）と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で双方向の直流電圧変換を行なう。信号ＰＷＣ１は、下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｑ１Ａのオン／オフを制御する信号ＰＷＣ１Ａと、上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｑ１Ｂのオン／オフを制御する信号ＰＷＣ１Ｂとを含む。そして、一定のデューティーサイクル（オン期間およびオフ期間の和）内でのスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのデューティー比（オン／オフ期間比率）がＭＧ−ＥＣＵ４０によって制御される。

スイッチング素子Ｑ１Ａのオンデューティーが大きくなるようにスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂが制御されると（スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂはデッドタイム期間を除いて相補的にオン／オフ制御されるので、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオンデューティーは小さくなる。）、蓄電装置１０−１からインダクタＬ１に流れるポンプ電流量が増大し、インダクタＬ１に蓄積される電磁エネルギーが大きくなる。その結果、スイッチング素子Ｑ１Ａがオン状態からオフ状態に遷移したタイミングでインダクタＬ１からダイオードＤ１Ｂを介して主正母線ＭＰＬへ放出される電流量が増大し、主正母線ＭＰＬの電圧が上昇する。

一方、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオンデューティーが大きくなるようにスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂが制御されると（スイッチング素子Ｑ１Ａのオンデューティーは小さくなる。）、主正母線ＭＰＬからスイッチング素子Ｑ１ＢおよびインダクタＬ１を介して蓄電装置１０−１へ流れる電流量が増大するので、主正母線ＭＰＬの電圧は下降する。

このように、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのデューティー比を制御することによって、主正母線ＭＰＬの電圧を制御することができるとともに、蓄電装置１０−１と主正母線ＭＰＬとの間に流す電流（電力）の方向および電流量（電力量）を制御することができる。

図３は、図１に示した充電器４２の概略構成図である。
図３を参照して、充電器４２は、フィルタ８１と、電力制限部８０と、温度センサ８７と、電圧センサ９１，９３，９４と、電流センサ９２，９５と、マイコン（マイクロコンピュータ）８８とを含む。

電力制限部８０は、ＡＣ／ＤＣ変換部８２と、平滑コンデンサ８３と、ＤＣ／ＡＣ変換部８４と、絶縁トランス８５と、整流部８６とを含む。

フィルタ８１は、車両インレット４４（図１）とＡＣ／ＤＣ変換部８２との間に設けられ、外部電源４８（図１）による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、車両インレット４４から外部電源４８へ高周波のノイズが出力されるのを防止する。ＡＣ／ＤＣ変換部８２は、単相ブリッジ回路を含む。ＡＣ／ＤＣ変換部８２は、マイコン８８からの駆動信号に基づいて、外部電源４８から供給される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣへ出力する。平滑コンデンサ８３は、正極線ＰＬＣと負極線ＮＬＣとの間に接続され、正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣ間に含まれる電力変動成分を低減する。

ＤＣ／ＡＣ変換部８４は、単相ブリッジ回路を含む。ＤＣ／ＡＣ変換部８４は、マイコン８８からの駆動信号に基づいて、正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣから供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス８５へ出力する。絶縁トランス８５は、磁性材を含むコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換部８４および整流部８６に接続される。そして、絶縁トランス８５は、ＤＣ／ＡＣ変換部８４から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流部８６へ出力する。整流部８６は、絶縁トランス８５から出力される交流電力を直流電力に整流して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。

電圧センサ９１は、フィルタ８１後の外部電源４８の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電流センサ９２は、外部電源４８から供給される電流を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電圧センサ９３は、正極線ＰＬＣと負極線ＮＬＣとの間の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電圧センサ９４は、整流部８６の出力側の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電流センサ９５は、整流部８６から出力される電流を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。

マイコン８８は、電圧センサ９４および電流センサ９５の検出値に基づいて算出される充電器４２の出力電力が電力指令値ＣＨＰＷに一致するように、電圧センサ９１，９３，９４および電流センサ９２，９５の各検出値に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部８２およびＤＣ／ＡＣ変換部８４を駆動するための駆動信号を生成する。そして、マイコン８８は、その生成した駆動信号をＡＣ／ＤＣ変換部８２およびＤＣ／ＡＣ変換部８４へ出力する。

温度センサ８７は、充電器４２が過熱状態に至るおそれがあるというセーブ運転条件が成立しているか否かを検出する。具体的には、温度センサ８７は、充電器４２の温度ＴＣを検出しマイコン８８に送信する。マイコン８８は、温度センサ８７の出力する温度ＴＣに基づいて、セーブモードと通常モードとの間で充電器４２の動作モードを変更する。電力制限部８０は、マイコン８８の制御の下で車両外部の電源からの電力を制限して蓄電装置１０−１〜１０−３への充電電力として供給する。

図４は、図１に示した充電ＥＣＵ４６の機能ブロック図である。
図４を参照して、充電ＥＣＵ４６は、充電電力目標値決定部５１と、充電電力検出部５２と、充電器供給電力検出部６１とを含む。充電電力目標値決定部５１は、図１の電圧センサ４７から与えられる検出値ＶＡＣと、図示しないバッテリＥＣＵから与えられる電池情報（バッテリ温度ＴＶ、充電状態ＳＯＣ、充電電力制限値Ｗｉｎおよび放電電力制限値Ｗｏｕｔなど）に基づいて、バッテリに充電すべき電力の目標値ＰＲを出力する。

充電電力目標値決定部５１は、検出値ＶＡＣ（１００Ｖ／２００Ｖ）で充電目標電力ＰＲを設定し、充電状態ＳＯＣが低いときには目標電力ＰＷを大きく設定し（急速充電）、充電状態ＳＯＣが高くなると、目標充電電力ＰＲを小（押込み充電）とする。しかし、電池温度などで充電制限上限値Ｗｉｎが小さく設定されると、目標充電電力ＰＷはそれに制限される。

充電電力検出部５２は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、電圧ＶＢ１および電流ＩＢ１の検出値に基づいて蓄電装置１０−１の充電電力を参照し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として出力する。なお、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれることは、図示されない車両ＥＣＵから受ける信号ＳＥＬによって判断される。

また、充電器４２によって蓄電装置１０−２の充電が行なわれるとき、充電電力検出部５２は、電圧ＶＢ２および電流ＩＢの検出値に基づいて蓄電装置１０−２の充電電力を参照し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として出力する。また、充電器４２によって蓄電装置１０−３の充電が行なわれるとき、充電電力検出部５２は、電圧ＶＢ３および電流ＩＢ３の検出値に基づいて蓄電装置１０−３の充電電力を算出し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として出力する。

充電器供給電力検出部６１は、図１の電流センサ１９によって検出される電流ＩＬと、電圧センサ１８−２によって検出される電圧ＶＬ２に基づいて充電器４２から供給される電力をモニタ値ＰＭとして検出して出力する。

充電ＥＣＵ４６は、さらに、充電異常監視部６２と、減算部５３と、フィードバック制御部５４と、加算部５５，５６，５７とを含む。減算部５３は、モニタ値ＰＭ２から目標値ＰＲを減算してその演算結果をフィードバック制御部５４に与える。フィードバック制御部５４は、減算部５３から与えられる偏差に基づいて比例積分制御を行ない目標値ＰＲに対する補正値ＰＣを出力する。加算部５５は、目標値ＰＲに対して補正値ＰＣを加算する。加算部５６は、加算部５５の演算結果に対して、図１の補機２２で消費される電力の見込み値Ｐａｕｘを加算する。そして加算部５７は、加算部５６の演算結果に対して、充電器４２の充電損失Ｐｌｏｓｓを加算して、充電器４２に対して出力される電力指令値ＣＨＰＷを演算する。

充電異常監視部６２は、モニタ値ＰＭ，ＰＭ２および目標値ＰＲに基づいて、充電器４２をオン／オフ制御するための制御信号ＣＨＲＱを出力する。

図５は、図４の充電異常監視部６２で実行される制御を説明するためのフローチャートである。

図５を参照して、まずステップＳ１において、電池充電電力（ＶＢ×ＩＢ）が著しく低下したか否かが判断される。すなわち充電対象となっている電池の電流と電圧の積ＶＢ×ＩＢが所定の式Ｐｔｈより小さいか否かが判断される。

図６は、図５のステップＳ１で用いられるしきい値Ｐｔｈの設定の説明をするための図である。

図６を参照して、充電電力すなわちＩＢ×ＶＢが０（異常）のときでも、これを検出するセンサのばらつきでΔＰと検出される可能性がある。したがって、しきい値ＰｔｈをセンサばらつきΔＰより大きく設定することでステップＳ１において充電電力ＩＢ×ＶＢ＝０となる異常を確実に検出する。

再び図５を参照して、ステップＳ１において、ＶＢ×ＩＢ＜Ｐｔｈが成立しない場合にはステップＳ９に処理が進み、制御はメインルーチンに移され充電が継続される。

一方ステップＳ１においてＶＢ×ＩＢ＜Ｐｔｈが成立した場合には、ステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では充電器供給電力（ＶＬ２×ＩＬ）も低下しているか否かが判断される。すなわち図１の電圧センサ１８−２で検出された電圧値ＶＬ２と電流センサ１９で検出された検出値ＩＬの積が所定のしきい値Ｐｔｈ２より小さいか否かが判断される。

ステップＳ２において、ＶＬ２×ＩＬ＜Ｐｔｈ２が成立しない場合には、ステップＳ３に処理が進む。ステップＳ３では、電池に充電される電力が低下していても、充電器から供給される電力は低下していないため、補機２２で消費される電力が大きいのであると判定される。そして蓄電装置１０−１の充電状態ＳＯＣに余裕があるか否かがステップＳ４で判断される。

補機消費電力が「大」である場合には、場合によっては蓄電装置１０−１から補機２２に電流が放電され充電状態ＳＯＣの低下が進むことが考えられる。蓄電装置１０−１は、ハイブリッドシステムのマスタバッテリであるため、あまり充電状態が低下してしまうと走行に支障を来たすようになってしまう。このため、ステップＳ４において蓄電装置１０−１の充電状態ＳＯＣに余裕があると判定された場合にはステップＳ９に処理が進み充電が継続される。一方、ステップＳ４において充電状態ＳＯＣに余裕があると判断されない場合すなわち所定のしきい値よりも充電状態ＳＯＣが低下してしまった場合には、ステップＳ７に処理が進み、システムの通常終了が行なわれる。このシステムの通常終了においては、充電器４２は動作がオフされ、そしてシステムメインリレー１１−１〜１１−３はオフ状態に制御される。

次にステップＳ２においてＶＬ２×ＩＬ＜Ｐｔｈ２が成立した場合には、ステップＳ５に処理が進む。ステップＳ５では、充電目標値ＰＲが異常検出可能範囲内であるか否かが判断される。

図７は、図５のステップＳ５における充電目標値ＰＲの異常検出可能範囲について説明するための図である。

図７を参照して、充電目標値ＰＲに対し、実際の値は、センサばらつき範囲±ΔＰの範囲内のどこかにある。したがって、充電目標値ＰＲに対しばらつきであるΔＰだけ低い値が異常判定しきい値Ｐｔｈよりも大きければ、異常検出可能な状態であるといえる。一方、充電目標値ＰＲが低下し過ぎて異常判定しきい値との間の差がばらつきΔＰ以内になってしまった場合には、充電器の異常検出が不可能な状態である。すなわち、異常検出可能な充電目標値ＰＲの範囲は、電力ＩＢ×ＶＢの異常判定しきい値Ｐｔｈよりもセンサばらつきで決定されるΔＰだけ大きい値以上でなければ異常検出が可能ではない。

再び図５を参照して、ステップＳ５において、充電目標値ＰＲが異常検出可能範囲内でない場合には、ステップＳ７に処理が進みシステムの通常終了処理が行なわれる。すなわち充電器４２はオフ状態に制御され、システムメインリレー１１−１〜１１−３はオフ状態に制御される。

このような場合は、たとえば蓄電装置が極低温状態であり、充電電力が著しく制限されており、その結果としてステップＳ１の充電電力の低下およびステップＳ２の充電器供給電力の低下が検出された場合である。このような場合は、充電器の異常であると判定することは誤りであるので、システム異常の誤検出を防ぐために、異常の診断の確定処理は行なわれない。

一方ステップＳ５において、充電目標値ＰＲが異常を検出可能範囲内であると判断された場合には、ステップＳ６に処理が進む。ステップＳ６では、充電器の異常であるという診断が確定され、そしてステップＳ８においてシステムの非常停止が実行される。システムの非常停止においては、充電器４２はオフ状態に制御され、システムメインリレー１１−１〜１１−３もオフ状態に制御される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、充電器の異常と誤診断される場合が防止されるとともに、充電不能な条件における無駄なシステム稼動が回避される。また正常時には、充電可能な機会が増加する。

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

車載の蓄電装置（１０−１〜１０−３）を充電する車両の充電システムであって、
前記蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器（４２）と、
前記充電器に対する電力指令値を生成することによって前記充電器の制御を行なう充電制御装置（４６）とを備え、
前記充電制御装置は、
前記蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部（５２）と、
前記蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部（５１）と、
前記充電電力と前記目標値との差に基づいて前記目標値を補正して前記電力指令値を生成するためのフィードバック制御部（５４）と、
前記充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部（６１）と、
前記充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ前記供給電力が第２のしきい値よりも低下した場合に、前記目標値が異常検出可能範囲内であったときには前記充電器が異常である旨の診断を確定し、前記目標値が異常検出可能範囲内でないときには前記充電器の異常診断の実行を保留する充電異常監視部（６２）とを含む、車両の充電システム。
前記充電異常監視部（６２）は、前記充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ前記供給電力が第２のしきい値よりも低下した場合に、前記目標値が異常検出可能範囲内であったときには前記充電器が異常である旨の診断を確定させるとともに前記充電器の動作を停止させ、前記目標値が異常検出可能範囲内でないときには前記充電器の異常診断の実行を保留するとともに前記充電器の動作を停止させる、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。
前記車両（１００）は、
前記充電器から出力される電力の一部によって駆動され得る補機（２２）を含み、
前記蓄電装置は、
前記補機への電力供給経路に接続された第１の蓄電装置（１０−１）と、
前記充電器の出力が接続された第２の蓄電装置（１０−２）とを含み、
前記車両の充電システムは、
前記第１の蓄電装置の電圧と電気負荷への供給電圧との間で電圧変換を行なう第１の電圧コンバータ（１２−１）と、
前記第２の蓄電装置の電圧と前記供給電圧との間で電圧変換を行なう第２の電圧コンバータ（１２−２）とをさらに備え、
前記充電制御装置は、前記第１、第２の電圧コンバータを制御することにより前記充電器から前記充電電力が供給される充電対象を前記第１、第２の蓄電装置のうちから選択する、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。
前記車両（１００）は、
前記蓄電装置から電力を受けて作動する車両駆動用のモータ（３２−２）と、
前記モータと共に車両駆動用として併用される内燃機関（３６）とを含む、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。
車載の蓄電装置（１０−１〜１０−３）を充電する充電システムの制御方法であって、
前記充電システムは、前記蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器（４２）と、前記充電器に対する電力指令値を生成することによって前記充電器の制御を行なう充電制御装置（４６）とを含み、
前記充電制御装置は、前記蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部（５２）と、前記蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部（５１）と、前記目標値と前記充電電力との差に基づいて前記目標値を補正して前記電力指令値を生成するためのフィードバック制御部（５４）と、前記充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部（６１）とを含み、
前記制御方法は、
前記充電電力が第１のしきい値より低下し、かつ前記供給電力が第２のしきい値よりも低下したか否かを判断するステップ（Ｓ１，Ｓ２）と、
前記目標値が異常検出可能範囲内であったときには前記充電器が異常である旨の診断を確定し、前記目標値が異常検出可能範囲内でないときには前記充電器の異常診断の実行を保留してシステムを終了させるステップ（Ｓ５，Ｓ６）とを含む、充電システムの制御方法。