JP5497381B2 - 車両 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に関し、より特定的には、車両外部の電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した車両の充電システムに関する。
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2007−195336号公報(特許文献1)には、車両外部からバッテリを充電可能な車両において、車両用エアコンなどの車両用補機として使用される補機モータを駆動するインバータを、外部充電時の充電器として利用する構成が開示される。特開2007−195336号公報(特許文献1)によれば、外部充電用の専用充電器を別個に車両に搭載する必要がないので、車両重量の増加を抑えつつ、外部電源によって車両に搭載された蓄電装置の充電が可能な車両が実現できる。
特開2007−195336号公報 特開2007−318970号公報
特開2007−195336号公報(特許文献1)に開示された構成においては、外部電源から充電を行なう際に、車両を駆動するための駆動装置(コンバータ、インバータおよびモータジェネレータなど)が、充電回路系と接続されたままの状態となっている。
これらの駆動装置は外部電源のアースに対して浮遊容量を有しているので、特開2007−195336号公報(特許文献1)に開示された回路構成では、充電装置のスイッチングや外部電源の周波数成分によって車両ボデーの対地電位が変動するため、車両ボデーと外部電源アースとの間での、漏洩電流を増大させるおそれがあるという問題があった。
本発明は、このような問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蓄電装置を搭載した車両において、外部充電時に車両ボデーと外部電源のアースとの間で発生する漏洩電流を抑制可能な充電システムの構成を提供するものである。
本発明による車両は、再充電が可能な第1の蓄電装置と、非絶縁型の充電装置と、駆動装置と、第1の開閉器と、第2の開閉器と、補機装置と、制御装置とを備える。非絶縁型の充電装置は、外部電源から供給される交流電力を直流電力に変換して第1の蓄電装置を充電するように構成される。駆動装置は、第1の蓄電装置に対して充電装置と並列に接続され、第1の蓄電装置から供給される電力を用いて、車両の駆動力を発生するように構成される。第1の開閉器は、第1の蓄電装置と駆動装置とを結ぶ経路上に介挿される。第2の開閉器は、第1の蓄電装置に対して第1の開閉器と並列に、第1の蓄電装置と充電装置とを結ぶ経路上に介挿される。補機装置は、第1の開閉器と駆動装置とを結ぶ経路に駆動装置と並列に接続される。制御装置は、第1の開閉器および第2の開閉器の開閉を制御する。そして、制御装置は、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置が充電される期間に、第1の開閉器を開放するとともに第2の開閉器を閉成するように制御する。
本発明の車両によれば、車両は、車両に搭載された第1の蓄電装置から供給される電力によって駆動される車両であって、非絶縁型の充電装置を用いて、外部電源から供給される電力によって第1の蓄電装置の充電が可能である。そして、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置が充電される(外部充電)期間には、第1の開閉器の接点を開放することによって、駆動装置および補機装置が、第1の蓄電装置および充電装置により構成される充電回路系から電気的に切り離される。これにより、外部充電期間において、第1の蓄電装置の充電動作に関与しない駆動装置および補機装置の有する浮遊容量が充電回路系から切り離される。充電装置が「非絶縁型」の充電装置の場合、充電回路系の浮遊容量のために、車両ボデーの対地電圧が充電装置のスイッチング動作や外部電源の周波数成分によって変動することに起因して、車両ボデーからアースに漏洩電流が発生する。この漏洩電流が大きくなると、漏電遮断器の誤動作を招いたり、電力効率の悪化などに影響を及ぼしたりするおそれがある。そのため、外部充電期間において、充電回路系に接続される浮遊容量を削減することによって、この漏洩電流の発生を抑制することができる。
好ましくは、車両は、補機モータをさらに備える。また、充電装置は、制御装置によって制御され、第1の蓄電装置からの電力を補機モータを駆動するための電力に変換する第1の電力変換動作と、外部電源からの電力を第1の蓄電装置を充電するための電力に変換する第2の電力変換動作とを選択的に行なうように構成された電力変換器を含む。そして、制御装置は、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置を充電する期間に、第2の電力変換動作を行なうように電力変換器を制御する。
このような構成とすることで、外部充電期間には、補機モータを駆動するための電力変換器を、充電装置における電力変換器として利用することができる。これによって、外部充電のための個別の充電装置を追加することが不要となるので、部品コストの削減および車両重量の増加を防止することができる。
好ましくは、車両は、第1の蓄電装置と充電装置とを電気的に接続する正極線および負極線をさらに備える。また、充電装置は、リアクトルと、外部電源から供給される交流電力を整流するように構成された整流回路とをさらに含む。整流回路は、整流された直流電力を出力するための正極端および負極端を含む。電力変換器は、補機モータに電力を出力するための複数相の出力端を含む。そして、正極端は、リアクトルを経由して複数相の出力端のうちのいずれか1つに接続され、負極端は、負極線に接続される。
このような構成とすることで、リアクトルと補機モータを駆動するための電力変換器とによって、直流チョッパ回路が形成される。そして、整流回路とこの直流チョッパ回路とによって、外部電源から供給される電力を整流および昇圧することで、第1の蓄電装置を充電するための電力を供給する充電装置を形成することができる。また、整流回路の負極端を第1の蓄電装置と充電装置とを電気的に接続する負極線に接続することで、車両ボデーに対する正極線および負極線の電位が、電力変換器のスイッチング動作によって変動しないようにすることができる。これによって、電力変換器のスイッチング動作に起因する漏洩電流を低減することができる。
好ましくは、充電装置は、正極端が接続された電力変換器の出力端および補機モータを結ぶ経路上に介挿された第3の開閉器をさらに含む。そして、制御装置は、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置を充電する場合に、第3の開閉器を開放するように制御する。
このような構成とすることで、外部充電時に、充電回路系から補機モータを電気的に切り離すことができる。これによって、充電回路系に接続される浮遊容量をさらに削減できるので、外部充電時の漏洩電流をさらに低減することができる。
好ましくは、補機モータは、車両用エアコンを駆動するためのモータであり、第1の蓄電装置から供給される電力を受けて動作する。
このような構成とすることで、外部充電期間には、車両用エアコンを駆動するためのモータを駆動する電力変換器(インバータ)を、充電装置における電力変換器として利用することができる。
好ましくは、充電装置は、外部電源から供給される交流電力を整流するように構成された整流回路と、整流回路により整流された電力を昇圧するための昇圧回路とを含む。そして、制御装置は、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置を充電する期間に、昇圧回路の出力電圧が第1の蓄電装置を充電できる電圧となるように、昇圧回路を制御する。
このような構成とすることで、外部充電時に、第1の蓄電装置を充電するための専用の充電装置を備える場合でも、第1の蓄電装置の充電期間において、充電回路系に接続される浮遊容量が削減できるので、漏洩電流を低減することができる。
好ましくは、昇圧回路は、非絶縁型直流チョッパ回路である。
比較的簡易な回路である非絶縁型の直流チョッパ回路により、昇圧回路を構成することができる。
好ましくは、車両は、制御装置へ電源を供給するための第2の蓄電装置をさらに備える。補機装置は、第1の蓄電装置からの電力を第2の蓄電装置の充電電力に変換するためのDC/DCコンバータを含む。制御装置は、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置を充電する第1のモードと、第1の蓄電装置からの電力によって第2の蓄電装置を充電する第2のモードとを交互に実行する。そして、制御装置は、第1のモードを実行する期間では、第1の開閉器を開放するとともに第2の開閉器を閉成するように制御する一方で、第2のモードを実行する期間では、第1の開閉器を閉成するとともに第2の開閉器を開放するように制御する。
このような構成とすることで、外部充電を行なう際に、第1の蓄電装置と、制御装置へ電源を供給するための第2の蓄電装置の両方を、時系列的に交互に充電することができる。漏洩電流を低減するために、DC/DCコンバータを含む補機装置が第1の蓄電装置から切り離されると、第2の蓄電装置の充電が行なわれないので、第1の蓄電装置を充電する期間には、第2の蓄電装置の電力が制御装置によって消費される。この場合に、第2の蓄電装置の充電量が低下して制御装置への給電ができなくなると、外部充電の継続が不可能となるおそれがある。そのため、所定の期間で、第1の蓄電装置の充電動作と第2の蓄電装置の充電動作とを交互に行なうように制御することで、第2の蓄電装置の充電電力を確保しつつ、外部充電を継続することができる。
好ましくは、車両は、制御装置および外部電源の間に接続されたAC/DCコンバータをさらに備える。そして、AC/DCコンバータは、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置が充電される期間に、外部電源からの交流電力を制御装置へ供給される直流電力に変換する。
このような構成とすることで、外部充電時には、外部電源から供給される電力によって、制御装置を直接駆動することができる。そのため、制御装置によって第2の蓄電装置の電力が消費されることが抑制されるとともに、第1の蓄電装置の充電動作と第2の蓄電装置の充電動作とを切替えることなく、外部充電を継続して行なうことができる。
好ましくは、車両は、制御装置へ電源を供給するための第2の蓄電装置と、第2の蓄電装置および外部電源の間に接続されたAC/DCコンバータをさらに備える。そして、AC/DCコンバータは、外部電源からの電力によって第1の蓄電装置が充電される期間に、外部電源からの交流電力を第2の蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。
このような構成とすることで、外部充電時に、第1の蓄電装置が充電されるとともに、AC/DCコンバータによって外部電源からの電力で第2の蓄電装置が充電される。これによって、外部充電中における制御装置の消費電力が、第2の蓄電装置により継続して供給できるので、第1の蓄電装置の充電動作と第2の蓄電装置の充電動作とを切替えることなく、外部充電を継続して行なうことができる。
好ましくは、第1の蓄電装置は複数個設けられる。また、第2の開閉器は、複数個の第1の蓄電装置にそれぞれ対応して複数個設けられる。
このような構成とすることで、車両を駆動するための蓄電装置が複数備えられた場合においても、外部充電時に、充電回路系に接続される浮遊容量を削減できるので、この漏洩電流を低減することができる。
本発明によれば、外部電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した車両において、外部充電時に車両ボデーと外部電源のアースとの間で発生する漏洩電流を抑制することができる。
実施の形態1に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 比較例である車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 図2の車両において、外部電源から供給される電力によって蓄電装置が充電される際の、外部電源の電圧が正の場合の等価回路を示す図である。 図3の回路において、外部電源の交流電圧を直流電圧に変換する場合の、U相アームおよびV相アームのスイッチング状態を説明するための図である。 図4における状態1のスイッチング状態の等価回路を示す図である。 図4における状態2のスイッチング状態の等価回路を示す図である。 図4における状態3のスイッチング状態の等価回路を示す図である。 状態1〜3の場合の、車両ボデーに対するS1およびS2の電位を示す図である。 図1の車両において、外部電源から供給される電力によって蓄電装置が充電される場合の等価回路を示す図である。 図9において、上アームがONの状態での外部電源の交流電圧が正の場合の等価回路を示す図である。 図9において、上アームがOFFの状態での外部電源の交流電圧が正の場合の等価回路を示す図である。 図9において、上アームがONの状態での外部電源の交流電圧が負の場合の等価回路を示す図である。 図9において、上アームがOFFの状態での外部電源の交流電圧が負の場合の等価回路を示す図である。 図9の回路における、S1およびS2の電位を示す図である。 図9の回路において、電源の周波数成分の変動が発生に起因する漏洩電流の一例を示す図である。 実施の形態1において、ECUで実行される充電開始制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態1の変形例に従う充電専用の充電装置を備えた車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 ダイオードブリッジを有する絶縁型充電装置の他の例を示す図である。 フルブリッジ型インバータを有する絶縁型充電装置の例を示す図である。 ハーフブリッジ型インバータを有する絶縁型充電装置の例を示す図である。 実施の形態2における、充電切替制御の概要を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態2において、ECUで実行される充電切替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3に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 実施の形態3において、ECUで実行される充電開始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3において、充電専用の充電装置を備えた車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 実施の形態4に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 実施の形態4において、ECUで実行される充電開始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4において、充電専用の充電装置を備えた車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 実施の形態5に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。 実施の形態5において、ECUで実行される充電開始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。
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。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に従う車両100を含む充電システムの全体ブロック図である。図1においては、車両100の一例としてハイブリッド自動車が示されるが、車両100は外部電源により充電可能な蓄電装置からの電力を用いて走行可能であれば、その構成は特に限定されるものではない。車両100には、ハイブリッド自動車の他に、たとえば電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。
図1を参照して、車両100は、蓄電装置10と、システムメインリレー(System Main Relay)SMR1,SMR2と、駆動装置であるPCU(Power Control Unit)20と、モータジェネレータMG1,MG2と、エンジン40と、動力分割装置42と、駆動輪44と、制御装置(以下、ECU(Electronic Control Unit)とも称する。)30と、補機装置28と、充電装置50とを含む。
蓄電装置10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10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10の正極端および負極端は、システムメインリレーSMR1,SMR2を介して、モータジェネレータMG1,MG2を駆動するためのPCU20に接続される。そして、蓄電装置10は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU20に供給する。また、蓄電装置10は、モータジェネレータMG1,MG2で発電された電力を蓄電する。さらに、蓄電装置10は、充電装置50によって変換された外部電源70からの電力によって充電される。
システムメインリレーSMR1,SMR2は、蓄電装置10とPCU20とを結ぶ正極線PL1および負極線NLにそれぞれ挿入接続される。そして、システムメインリレーSMR1,SMR2は、ECU30からの制御指令SE1に基づいて、蓄電装置10とPCU20との間での電力の供給と遮断とを切替える。
PCU20は、コンバータ22と、インバータ21−1,21−2と、コンデンサC1,C2とを含む。
コンバータ22は、ECU30からの制御信号PWCに基づいて、電力線対PL1,NLと電力線対PL2,NLとの間で電力変換を行なう。
インバータ21−1,21−2は、互いに並列して電力線対PL2,NLに接続される。インバータ21−1は、ECU30からの信号PWI1に基づいてモータジェネレータMG1を駆動する。インバータ21−2は、ECU30からの信号PWI2に基づいてモータジェネレータMG2を駆動する。
モータジェネレータMG1,MG2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MG1,MG2は、動力分割装置42に連結される。動力分割装置42は遊星歯車(図示しない)を含む。遊星歯車は、いずれも図示しないが、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。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40のクランクシャフト(図示せず)に連結される。サンギヤは、モータジェネレータMG1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MG2の回転軸および駆動輪44に連結される。この動力分割装置42によって、エンジン40が発生する動力は、駆動輪44へ伝達される経路の動力と、モータジェネレータMG1へ伝達される経路の動力とに分割される。
そして、モータジェネレータMG1は、動力分割装置42によって分割されたエンジン40の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置10の充電状態SOC(State of Charge)が低下すると、エンジン40が始動されてモータジェネレータMG1により発電が行なわれる。そして、その発電された電力が蓄電装置10へ供給される。
一方、モータジェネレータMG2は、蓄電装置10から供給される電力およびモータジェネレータMG1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MG2の駆動力は、駆動輪44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が駆動輪44からモータジェネレータMG2に伝達され、モータジェネレータMG2が駆動されることによってモータジェネレータMG2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MG2は、車両の運動エネルギ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。
コンデンサC1は、正極線PL1および負極線NLの間に設けられ、正極線PL1および負極線NL間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサC2は、正極線PL2および負極線NLの間に設けられ、正極線PL2および負極線NL間の電圧変動を減少させる。
補機装置28は、DC/DCコンバータ23と、補機負荷25とを含む。
DC/DCコンバータ23は、正極線PL1と負極線NLとに接続される。DC/DCコンバータ23は、蓄電装置10から供給される直流電圧を電圧変換する。そして、DC/DCコンバータ23は、電力線対P1,N1を経由して、補機負荷25およびECU30に電源電流を供給するとともに、補機用バッテリ24に充電電流を供給する。外部充電時などで、システムメインリレーSMR1,SMR2が開放され、DC/DCコンバータ23が電圧変換動作を中止しているときには、補機用バッテリ24から補機負荷25およびECU30に対して電力の供給が行なわれる。
充電装置50は、リレーRY1,RY2を介して、蓄電装置10の正極端および負極端に接続される。また、充電装置50は、電力線ACL1,ACL2により、車両100に設けられた接続部75に接続される。そして、充電装置50は、接続部75に接続される車両外部の外部電源70からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置10を充電する。
充電装置50は、整流回路であるダイオードブリッジ80と、リレーRY3,RY4,RY5と、リアクトルL1と、インバータ55とを含む。また、インバータ55は、スイッチング素子を含んで構成される、U相アーム51と、V相アーム52と、W相アーム53とを含む。スイッチング素子は、代表的にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、バイポーラトランジスタ、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor)、もしくはGTO(Gate Turn Off Thyristor)などが用いられる。なお、本実施の形態においては、スイッチング素子としてIGBTを使用した場合を例として説明する。
U相アーム51は、正極線PL1と負極線NLとの間に直列接続されたスイッチング素子Q11,Q12と、スイッチング素子Q11,Q12とそれぞれ並列に接続されるダイオードD11,D12とを含む。ダイオードD11のカソードはスイッチング素子Q11のコレクタと接続され、ダイオードD11のアノードはスイッチング素子Q11のエミッタと接続される。ダイオードD12のカソードはスイッチング素子Q12のコレクタと接続され、ダイオードD12のアノードはスイッチング素子Q12のエミッタと接続される。
V相アーム52は、正極線PL1と負極線NLとの間に直列接続されたスイッチング素子Q13,Q14と、スイッチング素子Q13,Q14とそれぞれ並列に接続されるダイオードD13,D14とを含む。ダイオードD13のカソードはスイッチング素子Q13のコレクタと接続され、ダイオードD13のアノードはスイッチング素子Q13のエミッタと接続される。ダイオードD14のカソードはスイッチング素子Q14のコレクタと接続され、ダイオードD14のアノードはスイッチング素子Q14のエミッタと接続される。
W相アーム53は、正極線PL1と負極線NLとの間に直列接続されたスイッチング素子Q15,Q16と、スイッチング素子Q15,Q16とそれぞれ並列に接続されるダイオードD15,D16とを含む。ダイオードD15のカソードはスイッチング素子Q15のコレクタと接続され、ダイオードD15のアノードはスイッチング素子Q15のエミッタと接続される。ダイオードD16のカソードはスイッチング素子Q16のコレクタと接続され、ダイオードD16のアノードはスイッチング素子Q16のエミッタと接続される。
またインバータ55は、たとえば車両100の室内を空調するためのエアコンの補機モータ60を駆動するための駆動装置にも用いられる。インバータ55は、車両100が通常の走行を行なう場合には、蓄電装置10からの直流電力を交流電力に変換して補機モータ60を駆動する。このように、補機モータ駆動用のインバータ55を、外部充電時の充電装置として利用することによって、外部充電のための別個の充電装置を設けなくてもよく、部品点数削減によるコスト低減および車両重量増加の防止をすることができる。
インバータ55のU相アーム51のスイッチング素子Q11,Q12の接続ノードは、出力端UTを介して、補機モータ60のU相コイルU3の一方端と接続される。また、インバータ55のV相アーム52のスイッチング素子Q13,Q14の接続ノードは、出力端VTを介して、補機モータ60のV相コイルV3の一方端と接続される。インバータ55のW相アーム53のスイッチング素子Q15,Q16の接続ノードは、出力端WTを介して、補機モータ60のW相コイルW3の一方端と接続される。
ダイオードブリッジ80は、ダイオードD1〜D4を含み、外部電源70からの交流電力を直流電力に整流する。
直列接続されたダイオードD1およびD2と、直列接続されたダイオードD3およびD4とが、ダイオードブリッジ80の正極端PTおよび負極端NTの間に並列に接続される。ダイオードD1およびD2の接続ノードに外部電源70からの電力線ACL1が接続される。ダイオードD3およびD4の接続ノードに外部電源70からの電力線ACL2が接続される。
ダイオードブリッジ80の正極端PTは、リレーRY3およびリアクトルL1を経由して、インバータ55の出力端のうちの1つに接続される。図1においては、正極端PTがインバータ55のU相の出力端UTと接続される例を示すが、正極端PTがV相の出力端VTまたはW相の出力端WTのいずれかと接続されるようにしてもよい。
ダイオードブリッジ80の負極端NTは、リレーRY4を経由して、蓄電装置10とインバータ55とを接続する負極線NLに接続される。
このように接続することで、リアクトルL1とインバータ55のU相アーム51とによって、直流チョッパ回路が構成される。
リレーRY3,RY4は、ECU30からの制御信号SE3により制御され、外部電源70からの電力の供給と遮断とを切替える。リレーRY3,RY4は、外部電源70からの電力によって蓄電装置10を充電する場合に接点が閉じられる。
リレーRY5は、ダイオードブリッジ80の正極端PTが接続されたインバータ55の出力端と、補機モータ60とを結ぶ経路上に介挿される。そして、リレーRY5は、ECU30からの制御信号SE4により制御される。そして、リレーRY5は、外部電源70からの電力によって蓄電装置10を充電する場合に接点が開放される。なお、図1においては、リレーRY5は、U相の出力端UTと補機モータ60のU相コイルU3とを結ぶ経路に設けられる例を示すが、ダイオードブリッジ80の正極端PTが、V相の出力端VTまたはW相の出力端WTに接続される場合には、それぞれV相の出力端VTと補機モータ60のV相コイルV3とを結ぶ経路、W相の出力端WTと補機モータ60のW相コイルW3とを結ぶ経路に設けられる。
ECU30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や各機器への制御指令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)で構築して処理することも可能である。
ECU30は、PCU20、インバータ55およびDC/DCコンバータ23などを駆動するための制御信号を生成して出力する。また、ECU30は、システムメインリレーSMR1,SMR2およびリレーRY1〜RY5を制御するための制御信号SE1〜SE4を出力する。
図2には、比較例として、上記の特開2007−195336号公報に記載された回路と同様の車両100#を含む充電システムの全体ブロック図が示される。なお、図2においては、図1との比較を容易にするために、同様の機能を有する要素については同じ参照符号が付されており、重複する参照符号の要素についての説明は繰り返さない。
図2を参照して、車両100#においては、ダイオードブリッジ80は配置されず、外部電源70からの電力線ACL1,ACL2は、リレーRY3,RY4およびリアクトルL1,L2を経由して、それぞれインバータ55のU相の出力端UTおよびV相の出力端VTに直接接続される。そして、V相の出力端VTと補機モータ60のV相コイルV3とを結ぶ経路に、リレーRY5と同様にリレーRY6が配置される。なお、図2においては、U相の出力端UTおよびV相の出力端VTに接続される例が示されるが、インバータ55の出力端のうちの2つの出力端であればどのような組み合わせであってもよい。
このように接続することで、外部電源70から蓄電装置10に電力を供給する場合には、インバータ55は、リアクトルL1,L2およびU相アーム51,V相アーム52により、フルブリッジ構成のコンバータとして機能する。
また、車両100#においては、図1におけるリレーRY1,RY2は設けられておらず、インバータ55は、システムメインリレーSMR1,SMR2とPCU20とを結ぶ経路に、PCU20と並列に接続される。このため、外部電源70から蓄電装置10に電力を供給する場合には、PCU20およびモータジェネレータMG1,MG2が、蓄電装置10およびインバータ55と電気的に接続されたままの状態となる。
なお、図2においては、図1における補機装置28および補機用バッテリ24が記載されていないが、実際には図1と同様に補機装置28および補機用バッテリ24が設けられるものとする。
この図2に示す比較例の問題点について、図3〜図8を用いて説明する。
図3は、図2の車両100#において、外部電源70から供給される電力によって蓄電装置10が充電される際の、外部電源70の電圧Vacが正の場合の等価回路を示す図である。
図3を参照して、Cp1およびCm1は、車両ボデーに対するインバータ55の浮遊容量である。Cp1は正側すなわち正極線PL1側の浮遊容量を示し、一方Cm1は負側すなわち負極線NL側の浮遊容量を示す。また、同様に、Cp2およびCm2は、PCU20およびモータジェネレータMG1,MG2の、車両ボデーに対する正側および負側のそれぞれの浮遊容量を示す。
車両100#においては、インバータ55とPCU20とが常に接続された状態であるので、PCU20およびモータジェネレータMG1,MG2などの駆動系の浮遊容量を考慮する必要がある。
図3の回路において、外部電源70の交流電圧を直流電圧に変換する場合には、U相アームおよびV相アームのスイッチング素子は、図4に示すような3つのスイッチング状態を取り得る。すなわち、U相アームおよびV相アームのいずれも上アームがオフ(すなわち、下アームがオン)の状態(図4中の状態1)、U相アームは上アームがオンでありVアーム相は上アームがオフの状態(図4中の状態2)、およびU相アームおよびV相アームのいずれも上アームがオンの状態(図4中の状態3)である。なお、外部電源70の電圧Vacが負の場合には、状態2に代えて、U相アームは上アームがオフでありVアーム相は上アームがオンの状態を取り得る。
図4における状態1〜状態3のスイッチング状態の等価回路を、図5〜図7にそれぞれ示す。
図5においては、図3のU相アーム51およびV相アーム52の下アームがオン状態なので、リアクトルL1,L2の外部電源70とは反対の端部が、いずれも負極線NLに接続された回路となる。この回路では、回路を流れる電流Iacは、図5中の矢印のように、リアクトルL1,L2を経由して流れる。
図6においては、U相アームは上アームがオンでありVアーム相は下アームがオンの状態なので、リアクトルL1は正極線PL1に接続され、リアクトルL2は負極線NLに接続された回路となる。この回路では、回路を流れる電流Iacは、図6中の矢印のように、リアクトルL1、蓄電装置10およびリアクトルL2を経由して流れる。
図7においては、U相アームおよびV相アームの上アームがオン状態なので、リアクトルL1,L2の外部電源70とは反対の端部が、いずれも正極線PL1に接続された回路となる。この回路では、回路を流れる電流Iacは、図7中の矢印のように、リアクトルL1,L2を経由して流れる。
図8は、図5〜図7のそれぞれの場合における、図中のS1(すなわち、正極線PL1)の車両ボデーに対する電位VS1、および図中のS2(すなわち、負極線NL)の車両ボデーに対する電位VS2を示した図である。
図8からわかるように、車両100#においては、状態1〜3のようなインバータ55のU相およびV相のスイッチング状態によって、S1およびS2の電位が変動する。その変動する電位差は、最大で蓄電装置10の電圧Vbに相当する。
また、図8の各状態におけるS1およびS2の電位は、外部電源70の交流電圧Vacの項を含んでいる。そのため、S1およびS2の電位は、同じスイッチング状態であっても、交流電圧Vacの周波数成分によっても変動する。
したがって、上記のスイッチングおよび電源周波数成分に起因するS1およびS2の電位の変動によって、図5〜図7中のS3の電位が変動するので、車両ボデーとアース間にその変動に応じた漏洩電流Ileakが流れることになる。この漏洩電流Ileakが大きくなると、たとえば漏電遮断器(図示せず)の誤動作などが発生して充電ができなくなったり、充電効率に影響を及ぼしたりするおそれがある。
したがって、外部充電時に蓄電装置10の充電動作に関与する充電回路系から、充電動作に関与しない機器の浮遊容量をできるだけ切り離すことによって、漏洩電流Ileakを抑制することが必要となる。
図9には、図1の車両100において、外部電源70から供給される電力によって蓄電装置10が充電される場合の等価回路が示される。
図1および図9を参照して、車両100においては、外部電源70からの電力線ACL1,ACL2は、ダイオードブリッジ80に接続される。そして、ダイオードブリッジ80の正極端PTは、リアクトルL1を介して、インバータ55のU相アームの上アームと下アームの接続ノードに接続される。また、ダイオードブリッジ80の負極端NTは、負極線NLに接続される。
車両100においては、外部電源70から供給される電力によって蓄電装置10を充電する場合には、リレーRY1,RY2の接点が閉じられるとともに、システムメインリレーSMR1,SMR2の接点が開放される。これにより、駆動系の浮遊容量Cp2,Cm2が充電回路系から切り離され、充電回路系に接続される浮遊容量は充電装置50側のCp1,Cm1のみとなる。
また、車両100においては、補機装置28についても、上述のようにシステムメインリレーSMR1,SMR2とPCU20とを結ぶ経路に接続される。このような構成とすることで、システムメインリレーSMR1,SMR2を開放することによって、充電回路系から補機装置28の浮遊容量をさらに切り離すことができる。したがって、これによって漏洩電流の発生をさらに抑制することができる。
さらに、車両100においては、リレーRY5によって補機モータ60との接続が遮断できるので、補機モータ60の浮遊容量をさらに充電回路系から切り離すことができる。このようにすることで、外部充電時において、充電回路系に接続される浮遊容量を最小化することができる。なお、リレーRY5については、必ずしも必須ではなく、補機モータ60の浮遊容量が小さい場合には、その配置を省略してもよい。
なお、図9においては、外部電源70からの交流電力がダイオードブリッジ80(図1)により整流される構成となっているが、図1の充電装置50が図2の比較例で示したようにインバータ55のU相アーム51およびV相アーム52を使用するフルブリッジ構成の回路である場合でも、上述の説明と同様にシステムメインリレーSMR1,SMR2を開放することで、駆動系の浮遊容量Cp2,Cm2を充電回路系から切り離すことができる。
次に、図10〜図15を用いて、充電装置50が図9で示される構成である場合の利点について説明する。
図9において、外部電源70の交流電圧Vacが正の場合の等価回路を図10および図11に示す。交流電圧Vacが正の場合には、電流Iacは、ダイオードブリッジ80のダイオードD1およびD4を流れる。
図10は、U相アームの上アームがオン(下アームがオフ)の場合の等価回路である。この場合には、リアクトルL1の一方端は正極線PL1に接続される。そして、回路を流れる電流は、リアクトルL1および蓄電装置10を経由して流れる。
一方、図11は、U相アームの上アームがオフ(下アームがオン)の場合の等価回路である。この場合には、リアクトルL1の一方端は負極線NLに接続される。そして、回路を流れる電流は、リアクトルL1を経由して流れる。
図10および図11の場合においては、負極線NLは、いずれも外部電源70のアースに直接接続されるためS2の電位は常にゼロとなる。また、S1の電位についても、蓄電装置10の電圧Vbとなる。
また、外部電源70の交流電圧Vacが負の場合の等価回路を図12および図13に示す。交流電圧Vacが負の場合には、電流Iacは、ダイオードブリッジ80のダイオードD2およびD3を流れる。
図12は、U相アームの上アームがオン(下アームがオフ)の場合の等価回路である。この場合には、リアクトルL1の一方端は正極線PL1に接続され、リアクトルL1の他方端は、外部電源70のアースに接続される。そして、回路を流れる電流は、リアクトルL1および蓄電装置10を経由して流れる。
一方、図11は、U相アームの上アームがオフ(下アームがオン)の場合の等価回路である。この場合には、リアクトルL1の一方端は負極線NLに接続され、リアクトルL1の他方端は、外部電源70のアースに接続される。そして、回路を流れる電流は、リアクトルL1を経由して流れる。
図12および図13の場合においては、S2の電位は常に−Vacとなり、S1の電位は常にVb−Vacとなる。
図14は、図10、図11、図12および図13の場合の、S1およびS2の電位をまとめた図である。
図14を参照して、外部電源70の交流電圧Vacが正および負のいずれの場合であっても、U相アームのスイッチングによって、S1およびS2の電位は変動しない。そのため、スイッチングに起因する漏洩電流Ileakの発生が抑制できる。
また、交流電圧Vacが正の場合では、S1およびS2の電位に交流電圧Vacの項が含まれていないため、電源の周波数成分による変動も発生しない。そのため、交流電圧Vacが正の場合では、電源の周波数成分に起因する漏洩電流Ileakの発生が抑制できる。
ただし、交流電圧Vacが負の場合では、S1およびS2の電位に交流電圧Vacの項が含まれる。そのため、たとえばS2の電位については、図15のように電源の周波数成分の変動が発生するので、これに起因する漏洩電流Ileakが発生する。しかしながら、車両100においては、上述のように、システムメインリレーSMR1,SMR2を開放することにより、充電回路系に接続される浮遊容量を削減できるので、図2の車両100#と比較して、漏洩電流Ileakを抑制することができる。
図16は、実施の形態1において、ECU30で実行される充電開始制御処理を説明するためのフローチャートである。図16および以降の図22,図24,図27,図30で後述するフローチャートは、ECU30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、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
図1および図16を参照して、ECU30は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100において、外部充電の開始条件が成立したか否かを判定する。外部充電の開始条件には、たとえば、接続部75に充電ケーブル(図示せず)が接続されたこと、図示しない電圧センサによって電力線ACL1,ACL2間の電圧が所定以上となったことが検出されたこと、または操作者によって充電開始操作が行なわれたことなどがある。
外部充電の開始条件が成立した場合(S100にてYES)は、ECU30は、S110にて、制御信号SE1を出力することによって、システムメインリレーSMR1,SMR2の接点を開放する。これによって、駆動系のPCU20およびモータジェネレータMG1,MG2、そして補機装置28が、蓄電装置10および充電装置50から電気的に切り離される。
次に、ECU30は、S120にて、制御信号SE2を出力することによって、リレーRY1,RY2の接点を閉じる。これによって、充電装置50と蓄電装置10とが電気的に接続される。
その後、ECU30は、S130にて、充電装置50を制御して、実際の充電動作を開始する。具体的には、ECU30は、制御信号SE3によりリレーRY3,RY4の接点を閉じるとともに、制御信号SE4によりリレーRY5の接点を開放する。そして、ECU30は、インバータ55に対して制御信号PWEを出力することにより、U相アーム51を所定のデューティで制御する。これにより、ダイオードブリッジ80にて整流された外部電源70からの電源電圧が、蓄電装置10を充電するために必要な電圧に変換される。
一方、外部充電の開始条件が成立していない場合(S100にてNO)は、S110〜S130の処理がスキップされ、メインルーチンに処理が戻される。
以上のような制御処理に従って充電動作を行なうことにより、外部充電時に、蓄電装置に充電を行なう充電回路系に接続される浮遊容量が削減できるので、車両ボデーからアースに流れる漏洩電流を抑制することができる。
[実施の形態1の変形例]
図1に示された車両100では、充電装置50として、エアコン用の補機モータ60を駆動するためのインバータ55を利用する構成を説明した。このような構成では、上述のように充電用の新たな追加機器が少なくできるという利点がある。しかし、本発明は、図1のような補機モータ60を駆動するための駆動装置を利用する形態には限定されない。たとえば、外部充電専用の充電装置が備えられる構成としてもよい。このように、専用の充電装置を備える構成では、たとえば、運転直前に充電動作を完了させるとともに、充電中に車内を空調するいわゆるプレ空調を行なう場合のように、外部充電中にエアコン用のインバータ55を利用することができない場合であっても、外部充電とプレ空調とが並行して実行できるという利点がある。
図17は、図1のエアコン用のインバータ55を利用した充電装置50に代えて、充電専用の充電装置95を備えた車両100Aを含む充電システムの全体ブロック図である。図17において、図1と重複する構成要素については同じ参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図17を参照して、車両100Aは、非絶縁型の充電装置95を含む。充電装置95は、接続部75を介して外部電源70と接続される。そして、充電装置95は、外部電源70からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置10を充電する。
充電装置95は、リレーRY7,RY8と、整流回路であるダイオードブリッジ85と、昇圧回路96とを含む。
リレーRY7,RY8は、接続部75とダイオードブリッジ85とを結ぶ電力線対ACL1,ACL2に介挿される。リレーRY7,RY8は、ECU30からの制御信号SE7によって制御される。そして、リレーRY7,RY8は、外部電源70からの電力の供給と遮断とを切替える。リレーRY7,RY8は、外部電源70から供給される電力によって蓄電装置10を充電する場合に接点が閉じられる。
ダイオードブリッジ85は、ダイオードD31〜D34を含み、外部電源70からの交流電力を直流電力に整流する。
直列接続されたダイオードD31およびD32と、直列接続されたダイオードD33およびD34とが、ダイオードブリッジ85の正極端PT1および負極端NT1の間に並列に接続される。ダイオードD31およびD32の接続ノードに外部電源70からの電力線ACL1がリレーRY7を経由して接続される。ダイオードD33およびD34の接続ノードに外部電源70からの電力線ACL2がリレーRY8を経由して接続される。
昇圧回路96は、リアクトルL11と、スイッチング素子Q21,Q22と、ダイオードD21,D22と、コンデンサC3とを含み、直流チョッパ回路を構成する。昇圧回路96は、ECU30からの制御信号PWFにより制御される。そして、昇圧回路96は、ダイオードブリッジ85によって整流された外部電源70からの電源電圧を所望の電圧に昇圧する。
スイッチング素子Q21,Q22は、正極線PL1と負極線NLとの間に直列に接続される。ダイオードD21,D22は、スイッチング素子Q11,Q12とそれぞれ並列に接続される。ダイオードD21のカソードはスイッチング素子Q21のコレクタと接続され、ダイオードD21のアノードはスイッチング素子Q21のエミッタと接続される。ダイオードD22のカソードはスイッチング素子Q22のコレクタと接続される。ダイオードD22のアノードはスイッチング素子Q22のエミッタと接続される。
リアクトルL11は、一方端がダイオードブリッジ85の正極端PT1に接続されるとともに、他方端がスイッチング素子Q21,Q22の接続ノードに接続される。ダイオードブリッジ85の負極端NT1は、負極線NLに接続される。
コンデンサC3は、正極線PL1と負極線NLとの間に、直列接続されたスイッチング素子Q21,Q22と並列に設けられる。コンデンサC3は、正極線PL1および負極線NL間の電圧変動を減少させる。
以上のような構成においても、図16で示した制御処理に従って、外部充電時にはシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点を開放するように制御することで、充電回路系に接続される浮遊容量が削減できるので、車両ボデーからアースに流れる漏洩電流を抑制することができる。
なお、上述の充電装置95においては、整流器と直流チョッパとを含む構成の場合について説明したが、充電装置95の構成は非絶縁型であれば上記の構成に限定されない。たとえば、充電装置95の構成に加えて、図18のように昇圧回路96とリレーRY1,RY2との間に、降圧回路97をさらに備える構成としてもよい。このような構成では、外部電源70の電圧Vacが蓄電装置10の電圧よりも高い場合であっても充電が可能となる。また、図18のダイオードブリッジ85および昇圧回路96に代えて、図19のようなフルブリッジコンバータ回路86を有する構成や、図20のようなハーフブリッジコンバータ回路87を有する構成としてもよい。なお、絶縁トランスを有するような絶縁型の充電装置の場合は、車両に搭載される機器が対地と絶縁されるので上記のような漏洩電流の問題は発生しない。ただし、絶縁型は非絶縁型と比較して構造がやや複雑であり、コストが増加したり、トランスにより重量が増加するといったデメリットがあるため、コスト面からは構造がシンプルな非絶縁型の充電装置を採用することが好ましい。
[実施の形態2]
上述した、実施の形態1における車両100,100Aにおいては、外部充電を行なう場合に、充電回路系に接続される浮遊容量を削減するためにシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点を開放した。本実施の形態においては、ECU30および補機用バッテリ24へ電源を供給するためのDC/DCコンバータ23は、システムメインリレーSMR1,SMR2とPCU20とを結ぶ経路に接続されている。そのため、システムメインリレーSMR1,SMR2の接点が開放された状態では、DC/DCコンバータ23からECU30および補機負荷25へ電源を供給することができないので、補機用バッテリ24に蓄えられた電力からECU30および補機負荷25に電源が供給される。
そうすると、メインバッテリである蓄電装置10の充電中に、補機用バッテリ24の電力が消費されてしまう。そのため、蓄電装置10の充電を継続して実行すると、補機用バッテリ24の電力の低下によってECU30への電源が供給できなくなり、結果として蓄電装置10を充電できなくなってしまうおそれがある。
そのため、実施の形態2においては、外部充電を行なう際に、外部電源70から蓄電装置10への充電動作と、蓄電装置10から補機用バッテリ24への充電動作とを交互に切替え、蓄電装置10および補機用バッテリ24の両方を充電する充電切替制御を行なう。このようにすることで、外部充電の途中で補機用バッテリ24の電力を使い切ってしまうことが防止できる。
図21は、上記の充電切替制御の概要を説明するためのタイムチャートである。図21においては、横軸には時間が示され、縦軸にはリレーRY1,RY2およびシステムメインリレーSMR1,SMR2の開閉状態が示される。図21においては、リレーRY1,RY2およびシステムメインリレーSMR1,SMR2は、ONの状態で接点が閉じられ、OFFの状態で接点が開放される。
図1および図21を参照して、外部充電開始の条件が成立すると、時刻t1において、リレーRY1,RY2の接点が閉じられる。そして、ECU30によって充電装置50が制御されることにより、外部電源70から供給される電力によって、まずメインバッテリである蓄電装置10の充電が開始される。
次に、所定期間が経過した時刻t2において、充電装置50が停止されるとともに、リレーRY1,RY2の接点が開放される。そして、引き続いてシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点が閉じられるとともに、ECU30によりDC/DCコンバータ23が制御されて、蓄電装置10から供給される電力によって補機用バッテリ24の充電が開始される。
さらに、所定期間が経過した時刻t3において、DC/DCコンバータ23が停止されるとともに、システムメインリレーSMR1,SMR2の接点が開放される。そして、再びリレーRY1,RY2の接点が閉じられ、ECU30によって充電装置50が制御されることによって、蓄電装置10の充電が開始される。
なお、上述の説明では、所定期間が経過したことによって、蓄電装置10および補機用バッテリ24を切替える場合について説明したが、この所定期間については、時間経過によるものには限定されない。たとえば、図示しないセンサを用いて検出された補機用バッテリ24のSOCが所定値以下となった条件によって所定期間を設定するようにし、この設定された所定期間に従って補機用バッテリ24を充電するようにしてもよい。
また、リレーRY1,RY2およびシステムメインリレーSMR1,SMR2を切替える際には、両方が同時にオン状態にならないように、両方ともがオフ状態となるデッドタイムを設けるようにしてもよい。
図22は、ECU30において実行される充電切替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22は、実施の形態1の図16で示したフローチャートに、ステップS101〜S104,S115,S125,S135が追加されたものとなっている。図22において、図16と重複するステップの説明は繰り返さない。
図1および図22を参照して、ECU30は、S100にて外部充電の開始条件が成立している場合(S100にてYES)は、S101に処理を進める。そして、ECU30は、S101にて、充電経過時間や、補機用バッテリ24の充電状態などによって、蓄電装置10および補機用バッテリ24のいずれを充電するかを選択する。
次に、ECU30は、S102にて、S101で選択された充電対象バッテリが、蓄電装置10であるか否かを判定する。
充電対象バッテリが蓄電装置10である場合(S102にてYES)は、処理がS103に進められ、ECU30は、DC/DCコンバータ23を停止して、補機用バッテリ24の充電を中断する。なお、もともとDC/DCコンバータ23が停止していた場合には、そのまま停止状態が維持される。
その後、図16同様に、処理がS110、S120、S130と進められ、蓄電装置10の充電が行なわれる。
一方、充電対象バッテリが補機用バッテリ24である場合(S102にてNO)は、次に処理がS104に進められ、ECU30は、充電装置50を停止することによって、蓄電装置10の充電を中断する。
そして、ECU30は、S115にてリレーRY1,RY2の接点を開放するとともに、引き続いてS125にてシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点を閉じる。その後、ECU30は、S135にて、制御信号PWDを出力することによって、DC/DCコンバータ23を制御する。これにより、ECU30は、補機用バッテリ24の充電を開始する。
なお、図17に示された実施の形態1の変形例においても、本実施の形態2を適用することができる。
以上のような処理に従って制御を行なうことにより、外部充電を行なう際に、外部電源70から供給される電力による蓄電装置10の充電動作と、蓄電装置10から供給される電力による補機用バッテリ24の充電動作とを、所定期間ごとに交互に切替えて実行することができる。これによって、外部充電時の漏洩電流を抑制しつつ、補機用バッテリ24についても充電を行なうことができる。この結果、補機用バッテリ24のSOC不足によって、外部充電ができなくなることが防止できる。
[実施の形態3]
実施の形態2では、蓄電装置10の充電と、補機用バッテリ24の充電とを時系列的に切替えることによって、蓄電装置10および補機用バッテリ24の両方を充電する構成について説明した。
実施の形態3においては、図1または図17に示される構成に、小容量(たとえば、数十W程度)のAC/DCコンバータをさらに設置することにより、システムメインリレーSMR1,SMR2をオン状態にすることなく、外部充電中に蓄電装置10および補機用バッテリ24の両方を充電可能な構成について説明する。
図23は、実施の形態3に従う車両100Bを含む充電システムの全体ブロック図である。図23は、図1で示された車両100に、AC/DCコンバータ90が追加されたものとなっている。図23において、図1と重複する構成要素については同じ参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図23を参照して、AC/DCコンバータ90は、電力線対ACL1,ACL2および補機用バッテリ24に接続される。AC/DCコンバータ90は、外部電源70からの交流電圧Vac(たとえば、100Vや200V)を、補機用バッテリ24を充電できる直流電圧(たとえば、12Vや24V)に変換する。AC/DCコンバータ90は、整流機能および降圧機能を備えていれば、どのような構成であっても構わない。
次に、図24を用いて、実施の形態3における充電開始制御について説明する。
図24は、実施の形態3において、ECU30で実行される充電開始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24は、実施の形態1の図16のフローチャートにステップS121が追加されたものとなっている。図24において、図16と重複するステップの説明は繰り返さない。
図23および図24を参照して、ECU30は、S110にてシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点を開放し、S120にてリレーRY1,RY2の接点を閉じると、次にS121にてAC/DCコンバータ90を駆動する。これによって、外部電源70からの電力によって補機用バッテリ24の充電が開始される。
その後、ECU30は、S130にて充電装置50を制御することによって、蓄電装置10の充電を開始する。
以上に述べたように、外部電源70から供給される電力によって補機用バッテリ24の充電を行なう専用のAC/DCコンバータ90を備える構成とすることによって、システムメインリレーSMR1,SMR2をオン状態にすることなく、外部充電中に蓄電装置10および補機用バッテリ24の両方を充電することが可能となる。
なお、AC/DCコンバータ90が、たとえば変圧器とダイオードブリッジとを備えたスイッチング素子を含まないような構成であり、ECU30による駆動制御が不要である場合には、外部電源70を接続部75に接続した時点で補機用バッテリ24の充電が開始される。このような場合には、ステップS121は不要となる。
また、図17に示される車両100Aのように、蓄電装置10専用の充電装置95を備える構成についても、本実施の形態3が適用できる。
図25に示される車両100Cは、図17に示される車両100Aに、車両100Bと同様のAC/DCコンバータ90が追加された構成となっている。車両100Cにおいても、AC/DCコンバータ90は、電力線対ACL1,ACL2および補機用バッテリ24に接続される。
このように、外部電源70からの電力を用いた補機用バッテリ24の充電専用のAC/DCコンバータ90を備える構成とすることで、システムメインリレーSMR1,SMR2をオン状態にすることなく漏洩電流が低減できるとともに、外部充電中に蓄電装置10および補機用バッテリ24の両方を充電することが可能となる。さらに、リレーRY1,RY2とシステムメインリレーSMR1,SMR2との切替えが不要なので、実施の形態2と比較して蓄電装置10の充電時間を短縮することができる。
[実施の形態4]
実施の形態4では、実施の形態3と同様に個別のAC/DCコンバータ90を備えることに加えて、外部充電中には、AC/DCコンバータ90からECU30および補機負荷25に直接電力が供給される構成について説明する。
図26は、実施の形態4に従う車両100Dを含む充電システムの全体ブロック図である。図26においては、車両100Dは、図1で示された車両100に、図23同様にAC/DCコンバータ90を含むとともにリレーRY9をさらに含む。図26において、図1および図23と重複する構成要素については同じ参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図26を参照して、AC/DCコンバータ90は、電力線対ACL1,ACL2および電力線対P1,N1に接続される。
リレーRY9は、電力線P1上の、補機用バッテリ24の正極端と、ECU30および補機負荷25の正極端とを結ぶ経路に介挿される。リレーRY9は、ECU30からの制御信号SE8によって制御される。そして、リレーRY9は、補機用バッテリ24からECU30および補機負荷25への電力の供給と遮断とを切替える。
図27は、実施の形態4において、ECU30で実行される充電開始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27は、実施の形態3の図24のフローチャートにステップS122がさらに追加されたものとなっている。図27において、図16および図24と重複するステップの説明は繰り返さない。
図26および図27を参照して、ECU30は、S110にてシステムメインリレーSMR1,SMR2の接点を開放し、S120にてリレーRY1,RY2の接点を閉じると、次にS121にてAC/DCコンバータ90を駆動する。これによって、外部電源から、ECU30および補機負荷25に電力が供給される。
そして、ECU30は、S122にて、制御信号SE8を出力して、リレーRY9の接点を開放する。これによって、補機用バッテリ24と、ECU30および補機負荷25とが電気的に切り離されるので、外部充電中に補機用バッテリ24の電力が消費されるのを抑制することができる。
その後、処理がS130に進められ、ECU30は、充電装置50を制御することによって蓄電装置10の充電を開始する。
なお、図示しないが、補機用バッテリ24のSOCが不足している場合には、RY9の接点を閉じることによって、補機用バッテリ24の充電をあわせて行なうようにしてもよい。
また、図17に示される車両100Aのように、蓄電装置10専用の充電装置95を備える構成についても、本実施の形態4が適用できる。
図28に示される車両100Eは、図17に示される車両100Aに、車両100Dと同様のAC/DCコンバータ90およびリレーRY9が追加された構成となっている。車両100Eにおいても、AC/DCコンバータ90は、電力線対ACL1,ACL2および電力線対P1,N1に接続される。
このように、外部電源70からECU30および補機負荷25に電力を供給するためのAC/DCコンバータ90と、リレーRY9とを備える構成とすることで、システムメインリレーSMR1,SMR2をオン状態にすることなく漏洩電流が抑制できるとともに、、補機用バッテリ24の消費を抑制しつつ蓄電装置10を充電することが可能となる。さらに、リレーRY1,RY2とシステムメインリレーSMR1,SMR2との切替えが不要なので、実施の形態2と比較して蓄電装置10の充電時間を短縮することができる。
[実施の形態5]
実施の形態1〜4においては、車両がメインバッテリとして1つの蓄電装置10を備える構成について説明したが、車両がメインバッテリを複数備える構成とすることもできる。
実施の形態5においては、車両がメインバッテリとして2つの蓄電装置を備える場合について説明する。なお、車両が3つ以上の蓄電装置を備える構成としてもよい。
図29は、実施の形態5に従う車両100Fを含む充電システムの全体ブロック図である。図29においては、図1の車両100の構成に加えて、蓄電装置11と、システムメインリレーSMR11,SMR12と、リレーRY11,RY12とがさらに含まれる。さらに、PCU20がPCU20Aに置き換わったものとなっている。図29において、図1と重複する構成要素については同じ参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
図29を参照して、車両100Fは、図1の車両100の構成に加えて、システムメインリレーSMR11,SMR12と、リレーRY11,RY12とをさらに含む。さらに、車両100Fは、図1におけるPCU20に代えてPCU20Aを含む。
PCU20Aは、図1におけるPCU20の構成に加えて、コンバータ26およびコンデンサC11をさらに含む。
コンバータ26は、コンバータ22と並列的に、正極線PL2および負極線NLに接続される。また、コンバータ26は、蓄電装置11と接続される。
コンデンサC11は、コンバータ26と蓄電装置11とを結ぶ、正極線PL3および負極線NLの間に設けられ、正極線PL3および負極線NL間の電圧変動を減少させる。
蓄電装置11は、蓄電装置10と同様に、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。なお、蓄電装置11は、蓄電装置10と全く同一である必要はなく、容量、出力電圧等が異なっていてもよい。
システムメインリレーSMR11,SMR12は、蓄電装置11とコンバータ26とを結ぶ正極線PL3および負極線NLにそれぞれ介挿される。そして、システムメインリレーSMR11,SMR12は、ECU30からの制御指令SE5に基づいて、蓄電装置11とコンバータ26との間での電力の供給と遮断とを切替える。
外部充電が行なわれる際には、システムメインリレーSMR1,SMR2,SMR11,SMR12の接点がすべて開放されることによって、PCU20A、モータジェネレータMG1,MG2および補機装置28が、蓄電装置10,11および充電装置50から電気的に切り離される。これによって、外部充電の際に充電回路系に接続される浮遊容量が最小化される。
リレーRY11は、一方端が蓄電装置11の正極端に接続されるとともに、他方端が充電装置50の正極端に接続される。また、リレーRY12は、一方端が蓄電装置11の負極端と接続されるとともに、他方端が充電装置50の負極端に接続される。そして、リレーRY11,RY12は、ECU30からの制御信号SE6によって制御され、蓄電装置11と充電装置50との間の電力の供給と遮断とを切替える。なお、外部充電を行なう際に、蓄電装置10を充電する場合にはリレーRY1,RY2の接点が閉じられるとともに、リレーRY11,RY12の接点が開放される。一方、蓄電装置11を充電する場合にはリレーRY1,RY2の接点が開放されるとともに、リレーRY11,RY12の接点が閉じられる。
図30は、実施の形態5において、ECU30で実行される充電開始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29および図30を参照して、ECU30は、ステップ200において、外部充電の開始条件が成立したか否かを判定する。外部充電の開始条件には、たとえば、接続部に充電ケーブル(図示せず)が接続されたこと、電力線ACL1,ACL2間の電圧が所定以上となったこと、または操作者によって充電開始操作が行なわれたことなどがある。
外部充電の開始条件が成立した場合(S200にてYES)は、ECU30は、S210にて、制御信号SE1およびSE5を出力することによって、システムメインリレーSMR1,SMR2およびSMR11,SMR12の接点を開放する。これによって、駆動系のPCU20AおよびモータジェネレータMG1,MG2、そして補機装置28が、蓄電装置10,11および充電装置50から電気的に切り離される。
次に、ECU30は、S220にて、蓄電装置10,11のうち、どちらの蓄電装置を充電するかを選択する。この蓄電装置の選択手法は、たとえば、蓄電装置10,11のそれぞれの充電状態(SOC,電圧など)に応じて選択してもよいし、蓄電装置10,11のどちらかを優先的に充電するようにしてもよい。
そして、S230に処理が進められ、ECU30は、S220で選択された充電対象の蓄電装置が蓄電装置10であるか否かを判定する。
充電対象の蓄電装置が蓄電装置10である場合(S230にてYES)は、処理がS240に進められ、ECU30は、制御信号SE6を出力することによって、リレーRY11,RY12の接点を開放する。そして、ECU30は、S250にて、制御信号SE2を出力することによって、リレーRY1,RY2の接点を閉じる。これによって、充電装置50と蓄電装置10とが電気的に接続されるとともに、充電装置50と蓄電装置11とが電気的に切り離される。
その後、ECU30は、S260にて、充電装置50を制御することによって、実際の充電動作を開始する。具体的には、ECU30は、制御信号SE3によりリレーRY3,RY4の接点を閉じるとともに、制御信号SE4によりリレーRY5の接点を開放する。そして、UCU30は、インバータ55に対して制御信号PWEを出力することにより、U相アーム51を所定のデューティで制御する。これによって、ダイオードブリッジ80にて整流された外部電源70からの電源電圧が、蓄電装置10を充電するために必要な電圧に変換される。
一方、充電対象の蓄電装置が蓄電装置11である場合(S230にてNO)は、処理がS250に進められ、ECU30は、制御信号SE2を出力することによって、リレーRY1,RY2の接点を開放する。そして、ECU30は、S255にて、制御信号SE6を出力することによって、リレーRY11,RY12の接点を閉じる。これによって、充電装置50と蓄電装置11とが電気的に接続されるとともに、充電装置50と蓄電装置10とが電気的に切り離される。
その後、S260に処理が進められ、ECU30は、充電装置50を制御することによって、実際に蓄電装置11の充電動作を開始する。
一方、外部充電の開始条件が成立していない場合(S200にてNO)は、S210〜S260の処理がスキップされ、メインルーチンに処理が戻される。
以上のような制御処理に従って充電動作を行なうことにより、複数の蓄電装置を備える車両においても、外部充電時に充電回路系に接続される浮遊容量を削減することができるので、車両ボデーからアースに流れる漏洩電流が抑制できる。
なお、このような複数の蓄電装置を備える車両においても、上述した実施の形態1の変形例と同様に、蓄電装置10,11の専用の充電装置95を備える構成とすることもできる。さらに、実施の形態2〜4を、複数の蓄電装置を備える車両に適用することもできる。
なお、本実施の形態およびその変形例において、PCU20以降の負荷の構成は、図示された構成に限定されるものではない。たとえば、PCU20の構成については、コンバータ22を省略して、蓄電装置10の出力電圧をそのままインバータ21−1,21−2の直流側電圧とすることも可能である。また上述のように、車両駆動力を発生する構成についても任意の構成とすることができる。すなわち、本発明は、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、および、エンジンを搭載したハイブリッド自動車を含めて、外部充電可能な蓄電装置と、当該蓄電装置の電力によって駆動可能に構成された車輪駆動力発生用の電動機とを搭載した車両に対して、共通に適用することができる。
なお、本実施の形態におけるSMR1,SMR2,SMR11,SMR12は、本発明の「第1のリレー」の一例である。本実施の形態におけるRY1,RY2,RY11,RY12は、本発明の「第2のリレー」の一例である。本実施の形態におけるRY5は、本発明の「第3のリレー」の一例である。また、本実施の形態における蓄電装置10,11および補機用バッテリ24は、それぞれ本発明における「第1の蓄電装置」および「第2の蓄電装置」の一例である。本実施の形態におけるインバータ55は、本発明における「電力変換器」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。
10,11 蓄電装置、21−1,21−2,55 インバータ、22,26 コンバータ、23 DC/DCコンバータ、24 補機用バッテリ、25 補機負荷、28 補機装置、30 ECU、40 エンジン、42 動力分割装置、44 駆動輪、50,95 充電装置、51 V相アーム、52 U相アーム、53 W相アーム、60 補機モータ、70 外部電源、75 接続部、80,85 ダイオードブリッジ、86 フルブリッジコンバータ回路、87 ハーフブリッジコンバータ回路、90 AC/DCコンバータ、96 昇圧回路、97 降圧回路、100,100A〜100F 車両、ACL1,ACL2 電力線、C1,C2,C3,C11 コンデンサ、D1〜D4,D11〜D16,D31〜D34 ダイオード、L1,L2,L11 リアクトル、MG1,MG2 モータジェネレータ、NL 負極線、NT,NT1 負極端、P1,N1 電力線、PL1〜PL3 正極線、PT,PT1 正極端、Q11〜Q16,Q21,Q22 スイッチング素子、RY1〜RY9,RY11,RY12 リレー、SMR1,SMR2,SMR11,SMR12 システムメインリレー、U3 U相コイル、UT,VT,WT 出力端、V3 V相コイル、W3 W相コイル。

Claims (8)

  1. 再充電が可能な第1の蓄電装置と、
    外部電源から供給される交流電力を直流電力に変換して、前記第1の蓄電装置を充電するように構成された非絶縁型の充電装置と、
    前記第1の蓄電装置に対して前記充電装置と並列に接続され、前記第1の蓄電装置からの電力を用いて、車両の駆動力を発生するように構成された駆動装置と、
    前記第1の蓄電装置と前記駆動装置とを結ぶ経路上に介挿された第1の開閉器と、
    前記第1の蓄電装置に対して前記第1の開閉器と並列に、前記第1の蓄電装置と前記充電装置とを結ぶ経路上に介挿された第2の開閉器と、
    前記第1の開閉器と前記駆動装置とを結ぶ経路に、前記駆動装置と並列に接続される補機装置と、
    前記第1の開閉器および前記第2の開閉器の開閉を制御するための制御装置と、
    前記充電装置に接続された補機モータとを備え、
    前記充電装置は、
    前記制御装置によって制御され、前記第1の蓄電装置からの電力を前記補機モータを駆動するための電力に変換する第1の電力変換動作と、前記外部電源からの電力を前記第1の蓄電装置を充電するための電力に変換する第2の電力変換動作とを選択的に行なうように構成された電力変換器を含み、
    前記制御装置は、前記外部電源からの電力によって前記第1の蓄電装置が充電される期間に、前記第1の開閉器を開放するとともに前記第2の開閉器を閉成するように制御し、さらに前記第2の電力変換動作を行なうように前記電力変換器を制御する、車両。
  2. 前記第1の蓄電装置と前記充電装置とを電気的に接続する正極線および負極線をさらに備え、
    前記充電装置は、リアクトルと、前記外部電源から供給される交流電力を整流するように構成された整流回路とをさらに含み、
    前記整流回路は、整流された直流電力を出力するための正極端および負極端を含み、
    前記電力変換器は、前記補機モータに電力を出力するための複数相の出力端を含み、
    前記正極端は、前記リアクトルを経由して前記複数相の出力端のうちのいずれか1つに接続され、
    前記負極端は、前記負極線に接続される、請求項に記載の車両。
  3. 前記充電装置は、
    前記正極端が接続された前記電力変換器の出力端および前記補機モータを結ぶ経路上に介挿された第3の開閉器をさらに含み、
    前記制御装置は、前記外部電源からの電力によって前記第1の蓄電装置を充電する場合に、前記第3の開閉器を開放するように制御する、請求項に記載の車両。
  4. 前記補機モータは、車両用エアコンを駆動するためのモータであり、前記第1の蓄電装置から供給される電力を受けて動作する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両。
  5. 前記補機装置および前記制御装置に接続され、前記制御装置へ電源を供給するための第2の蓄電装置をさらに備え、
    前記補機装置は、
    前記第1の蓄電装置からの電力を前記第2の蓄電装置の充電電力に変換するためのDC/DCコンバータを含み、
    前記制御装置は、前記外部電源からの電力によって前記第1の蓄電装置を充電する第1のモードと、前記第1の蓄電装置からの電力によって前記第2の蓄電装置を充電する第2のモードとを交互に実行し、かつ前記第1のモードを実行する期間では、前記第1の開閉器を開放するとともに前記第2の開閉器を閉成するように制御する一方で、前記第2のモードを実行する期間では、前記第1の開閉器を閉成するとともに前記第2の開閉器を開放するように制御する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両。
  6. 前記制御装置および外部電源の間に接続されたAC/DCコンバータをさらに備え、
    前記AC/DCコンバータは、前記外部電源からの電力によって前記第1の蓄電装置が充電される期間に、前記外部電源からの交流電力を前記制御装置へ供給される直流電力に変換する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両。
  7. 前記補機装置および前記制御装置に接続され、前記制御装置へ電源を供給するための第2の蓄電装置と、
    前記第2の蓄電装置および外部電源の間に接続されたAC/DCコンバータをさらに備え、
    前記AC/DCコンバータは、前記外部電源からの電力によって前記第1の蓄電装置が充電される期間に、前記外部電源からの交流電力を前記第2の蓄電装置を充電するための直流電力に変換する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の車両。
  8. 前記第1の蓄電装置は複数個設けられ、
    前記第2の開閉器は、前記複数個の第1の蓄電装置にそれぞれ対応して複数個設けられる、請求項1〜のいずれか1項に記載の車両。
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