JP5610066B2 - 電動車両の電源装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電動車両の電源装置およびその制御方法に関し、より特定的には、車載蓄電装置の電力を用いた交流電力の発電が可能な電動車両の電源装置に関する。

二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力を用いて車両駆動用電動機を駆動可能に構成された電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車が知られている。電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって、車載蓄電装置を充電する構成が提案されている。以下では、外部電源による蓄電装置の充電を、単に「外部充電」とも称する。

特開２００９−２２５５８７号公報（特許文献１）には、外部電源によって充電可能な蓄電装置（メインバッテリ）を搭載した電動車両の構成が記載されている。特許文献１に記載された電動車両では、交流電力を取り出すためのコンセントが設けられる。外部充電のための電力変換器は、双方向の電力変換が可能であるので、メインバッテリからの電力を交流電力に変換する車両発電を実行できる。そして、外部電源と車両とが接続されていない場合にも、車両発電によってコンセントから電力を出力することができる。

特開２００９−２２５５８７号公報

しかしながら、特許文献１の電動車両では、補機バッテリを含む補機負荷系への電力供給は、単一のＤＣ／ＤＣコンバータによって実行される。したがって、このＤＣ／ＤＣコンバータの出力定格は、車両走行時における補機系電力の供給に対応できるように設計する必要がある。このため、補機系の消費電力が比較的小さい外部充電時にも、消費電力に対して出力定格が過大なＤＣ／ＤＣコンバータを動作させることになる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータでの電力損失によって、外部充電の効率が低下することが懸念される。

このため、車両走行時に対応できるＤＣ／ＤＣコンバータとは別に、外部充電時専用に、補機系給電用の小容量のサブコンバータを配置する構成とすることが考えられる。しかしながら、このサブコンバータは、外部充電の経路に接続されることになるので、車両発電時には、コンセントからの出力電力が、サブコンバータの出力電力（すなわち、補機系電力）分だけ低くなる可能性がある。これにより、車両発電モードにおいて、電力変換器の出力定格を十分に活用したコンセントからの給電が妨げられる虞がある。

この発明は、このような問題点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、電動車両が車載蓄電装置の電力を用いて交流電力を発電する際に、コンセントからの使用電力に応じて、効率的かつ適切に補機系電力を供給することである。

この発明のある局面では、電動車両の電源装置は、主蓄電装置と、主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置と、外部電源と電気的にコンタクトするための充電インレットと、第１および第２の電力線と、コンセントと、充電器と、第１および第２の電力変換器と、制御装置とを含む。主蓄電装置は、車両駆動力を発生する電動機に対して入出力される電力を蓄積する。第１の電力線は、副蓄電装置と接続されて、補機負荷を作動させるための補機系電力を供給する。第２の電力線は、充電インレットと電気的に接続される。コンセントは、第２の電力線から交流電力を取り出すために設けられる。充電器は、第２の電力線の交流電力と主蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。第１の電力変換器は、主蓄電装置からの直流電力を補機系電力に変換して第１の電力線へ出力するように構成される。第２の電力変換器は、第２の電力線の交流電力を補機系電力に変換して第１の電力線へ出力するように構成される。制御装置は、外部電源が充電インレットに非接続の状態でコンセントから交流電力を出力する発電モードにおいて、充電器が主蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して第２の電力線へ出力するように充電器を制御するように構成される。さらに、制御装置は、発電モードにおいて、コンセントからの使用電力に基づいて、第１の電力変換器によって補機系電力を発生する第１のモードと、第２の電力変換器によって補機系電力を発生する第２のモードとを切換えて補機系電力を発生するように、第１および第２の電力変換器を制御する。

好ましくは、制御装置は、使用電力が所定の判定電力よりも高いときに第１のモードを選択する。

さらに好ましくは、制御装置は、使用電力が所定の判定電力よりも低いときに第２のモードを選択する。

また、さらに好ましくは、判定電力は、充電器の定格出力電力値から第２の電力変換器の出力電力定格を差し引いた電力値に基づいて設定される。

あるいは、さらに好ましくは、判定電力は、充電器の出力電力定格から補機系電力の消費電力を差し引いた電力値に基づいて設定される。

この発明の他の局面では、車両駆動力を発生する電動機に対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置と、主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置とを搭載する電動車両の電源装置の制御方法であって、電源装置は、外部電源と電気的にコンタクトするための充電インレットと、第１および第２の電力線と、コンセントと、充電器と、第１および第２の電力変換器とを含む。第１の電力線は、副蓄電装置と接続されて、補機負荷を作動させるための補機系電力を供給する。第２の電力線は、充電インレットと電気的に接続される。コンセントは、第２の電力線から交流電力を取り出すように構成される。充電器は、第２の電力線の交流電力と主蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。第１の電力変換器は、主蓄電装置からの直流電力を補機系電力に変換して第１の電力線へ出力するように構成される。第２の電力変換器は、第２の電力線の交流電力を補機系電力に変換して第１の電力線へ出力するように構成される。制御方法は、外部電源が充電インレットに非接続の状態でコンセントから交流電力を出力する発電モードにおいて、充電器が主蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して第２の電力線へ出力するように充電器を制御するステップと、発電モードにおいて、コンセントからの使用電力に基づいて、第１の電力変換器によって補機系電力を発生する第１のモードと、第２の電力変換器によって補機系電力を発生する第２のモードとの一方を選択するステップと、選択された第１または第２のモードに従って補機系電力を発生するように、第１の電力変換器および第２の電力変換器を制御するステップとを含む。

好ましくは、選択するステップは、使用電力が所定の判定電力よりも高いときに第１のモードを選択する。

また好ましくは、選択するステップは、使用電力が所定の判定電力よりも低いときに第２のモードを選択する。

この発明によれば、電動車両が車載蓄電装置の電力を用いて交流電力を発電する際に、コンセントからの使用電力に応じて、効率的かつ適切に補機系電力を供給することができる。

本発明の実施の形態による電動車両の電源装置の構成例を示すブロック図である。 図１に示した充電器の構成例を説明するための回路図である。 コンセント使用電力と補機給電系のモード選択との関係を説明する概念図である。 本発明の実施の形態による電動車両の電源装置における車両発電時の補機給電系の制御動作を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

図１は、本発明の実施の形態による電動車両の電源装置の構成例を示すブロック図である。

図１を参照して、電動車両１００は、メインバッテリ１０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）２０と、モータジェネレータ３０と、動力伝達ギア４０と、駆動輪５０と、制動機構５５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０とを備える。

メインバッテリ１０は、「主蓄電装置」の一例として示され、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。なお、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せによって、主蓄電装置を構成してもよい。

ＰＣＵ２０は、メインバッテリ１０の充放電電力を、モータジェネレータ３０を駆動制御するための電力に変換する。たとえば、モータジェネレータ３０は、永久磁石型の三相同期電動機で構成され、かつ、ＰＣＵ２０は、インバータ２６を含むように構成される。

モータジェネレータ３０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４０を介して駆動輪に伝達されて電動車両１００を走行させる。モータジェネレータ３０は、電動車両１００の回生制動時には、駆動輪５０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、ＰＣＵ２０によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。

制動機構５５は、車輪に対して機械的な制動力を発生する。制動機構５５は、代表的には、油圧の供給に応じて摩擦制動力を発生する油圧ブレーキによって構成される。電動車両１００のブレーキペダル操作時には、制動機構５５による機械制動力と、モータジェネレータ３０による回生制動力との和によって、ブレーキペダル操作に対応した全体制動力が確保される。

なお、モータジェネレータ３０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３０を協調的に動作させることによって、必要な電動車両１００の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。

すなわち、電動車両１００は、車両駆動力発生用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、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。

図示された電動車両１００の構成から、モータジェネレータ３０、動力伝達ギア４０および、駆動輪５０を除いた部分によって、「電動車両の電源装置」が構成される。以下では、電源装置の構成を詳細に説明する。

電力制御ユニット（ＰＣＵ）２０は、コンバータＣＮＶと、平滑コンデンサＣＨと、インバータ２６とを含む。

コンバータＣＮＶは、電力線１５３ｐ，１５３ｇ間の直流電圧ＶＬと、電力線１５４ｐ、１５４ｇ間の直流電圧ＶＨとの間で直流電圧変換を行うように構成される。

電力線１５３ｐ，１５３ｇは、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２をそれぞれ介して、メインバッテリ１０の正極端子および負極端子とそれぞれ電気的に接続される。平滑コンデンサＣＨは、電力線１５４ｐ，１５４ｇに接続されて直流電圧を平滑する。同様に平滑コンデンサＣ０は電力線１５３ｐ，１５３ｇに接続されて、直流電圧ＶＬを平滑する。

コンバータＣＮＶは、図１に示すように、電力用半導体スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂと、リアクトルＬ０と平滑コンデンサＣ０とを含むチョッパ回路として構成される。本実施の形態では、電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を例示する。ただし、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、あるいは、電力用バイポーラトランジスタ等、オンオフが制御可能な任意の素子を、スイッチング素子として用いることが可能である。

スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂにはそれぞれ逆並列ダイオードが接続されているため、コンバータＣＮＶは、電力線１５３ｐおよび電力線１５４ｐの間で双方向の電圧変換を実行できる。あるいは、上アーム素子であるスイッチング素子Ｑａをオンに固定する一方で下アーム素子であるスイッチング素子Ｑｂをオフに固定して、電力線１５４ｐおよび１５３ｐの電圧を同一（ＶＨ＝ＶＬ）とするように、コンバータＣＮＶを動作させることもできる。

インバータ２６は、一般的な三相インバータであるので、詳細な回路構成については図示を省略する。たとえば、各相に上アーム素子および下アーム素子を配置するとともに、各相での上下アーム素子の接続点がモータジェネレータ３０の対応相の固定子コイル巻線と接続されるように、インバータ２６は構成される。

電動車両１００の走行時には、インバータ２６は、各スイッチング素子がＥＣＵ８０によってオンオフ制御されることによって、電力線１５４ｐの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３０へ供給する。あるいは、電動車両１００の回生制動動作時には、インバータ２６は、モータジェネレータ３０からの交流電圧を直流電圧に変換して、電力線１５４ｐへ出力するように、各スイッチング素子がＥＣＵ８０によってオンオフ制御される。

ＥＣＵ８０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニットにより構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵ８０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。ＥＣＵ８０は、電動車両１００の車両走行時および外部充電時における制御機能を有するブロックとして包括的に表記される。ＥＣＵ８０は、電力線１５５ｐから低電圧系の電源電圧を供給されることによって動作する。

電動車両１００の電源装置は、低電圧系（補機系）の構成として、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０と、補機バッテリ７０と、電力線１５５ｐとを含む。補機バッテリ７０は、電力線１５５ｐに接続される。補機バッテリ７０は、「副蓄電装置」の一例として示される。たとえば、補機バッテリ７０は、鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ７０の出力電圧は、低電圧系の電源電圧Ｖｓに相当する。この電源電圧Ｖｓの定格は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の出力側は、電力線１５５ｐと接続される。主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の入力側は、電力線１５３ｐ，１５３ｇと接続される。主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、メインバッテリ１０の出力電力を補機系電力（電源電圧Ｖｓレベル）に変換して、電力線１５５ｐに出力する。この電力変換により、メインバッテリ１０の出力電圧（直流電圧ＶＬ）が、補機系の電源電圧Ｖｓに降圧される。主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、代表的には、半導体スイッチング素子（図示せず）を含むスイッチングレギュレータであり、公知の任意の回路構成を適用することができる。

電力線１５５ｐには、低電圧系の補機負荷群９５が接続される。補機負荷群９５は、たとえば、オーディオ機器、ナビゲーション機器、照明機器（ハザードランプ、室内灯、ヘッドランプ等）等を含む。これらの補機負荷群は、ユーザ操作に応じて作動することによって電力を消費する。

さらに、電動車両１００の電源装置は、メインバッテリ１０の外部充電系の構成として、充電インレット１０５と、ＡＣコンセント１２０と、ＬＣフィルタ１３０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０と、充電器２００と、リレーＲＬ１，ＲＬ２とを含む。

充電インレット１０５は、外部電源４００と接続された状態である充電ケーブルの充電プラグ４１０と接続されることによって、外部電源４００と電気的に接続される。なお、充電ケーブルには、外部電源４００の充電経路を遮断するためのリレー４０５が内蔵されているものとする。一般的には、外部電源４００は商用交流電源で構成される。

なお、図１に示す構成に代えて、外部電源４００と電動車両１００とを非接触のまま電磁的に結合して電力を供給する構成、具体的には外部電源側に一次コイルを設けるとともに、車両側に二次コイルを設け、一次コイルと二次コイルとの間の相互インダクタンスを利用して、外部電源４００から電動車両１００へ電力を供給してもよい。このような外部充電を行なう場合でも、外部電源４００からの供給電力を変換するＬＣフィルタ１３０以降の構成は共通化できる。

電力線１５１は、充電インレット１０５および充電器２００の間を電気的に接続する。ＬＣフィルタ１３０は、電力線１５１に介挿接続されて、交流電圧の高調波成分を除去する。

充電器２００は、電力線１５１に伝達された、外部電源４００からの交流電圧を、メインバッテリ１０を充電するための直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、電力線１５２ｐ，１５２ｇの間へ出力される。このとき、電力線１５２ｐ，１５２ｇの直流電圧は、メインバッテリ１０の充電に適した電圧レベルに制御される。

リレーＲＬ１は、電力線１５２ｐおよびメインバッテリ１０の正極の間に電気的に接続される。リレーＲＬ２は、電力線１５２ｇおよびメインバッテリ１０の負極の間に電気的に接続される。

リレーＲＬ１，ＲＬ２およびシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２の各々は、代表的には、図示しない励磁回路による励磁電流の供給時に閉成（オン）する一方で、励磁電流の非供給時には開放（オフ）される電磁リレーにより構成される。但し、通電経路の導通（オン）／遮断（オフ）を制御可能な開閉器であれば、任意の回路要素を当該リレーもしくはシステムメインリレーとして使用することができる。

ＥＣＵ８０は、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２およびリレーＲＬ１，ＲＬ２のオンオフを制御するための、制御指令ＳＭ１，ＳＭ２，ＳＲ１，ＳＲ２を生成する。制御指令ＳＭ１，ＳＭ２およびＳＲ１，ＳＲ２の各々に応答して、補機バッテリ７０を電源として、対応するシステムメインリレーまたはリレーの励磁電流が発生される。

ＡＣコンセント１２０は、電力線１５１と接続される。たとえば。ＡＣコンセント１２０は、図示しない操作スイッチのオン時に、電力線１５１と電気的に接続される。これにより、ＡＣコンセント１２０に接続された電気機器（図示せず）は、電力線１５１上の交流電力によって作動できる。なお、ＡＣコンセント１２０からの出力電力、すなわち、ＡＣコンセントでの使用電力Ｐｃを検出できるように、センサ１２５が配置されている。

なお、充電ケーブルの接続時には、外部電源４００からの電力によって、ＡＣコンセント１２０から交流電力を供給することができる。また、充電器２００を双方向の電力変換器によって構成することにより、充電ケーブルの非接続時にも、メインバッテリ１０からの電力を交流電力に変換して、ＡＣコンセント１２０から供給することができる。以下では、このように充電器２００が動作するモードを「発電モード」とも称する。一方で、外部電源からの電力によってメインバッテリ１０を充電するように充電器２００が動作するモードを「充電モード」とも称する。

図２は、図１の充電器２００の構成例を説明するための回路図である。
図２を参照して、充電器２００は、電力変換ユニット２１０と、電力変換ユニット２２０と、平滑リアクトルＬ１および平滑コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

電力変換ユニット２１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２を含む。スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２に対しては、逆並列ダイオードＤ９〜Ｄ１２がそれぞれ配置されている。

スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２は、電力線１５１と電力線１５７ｐ，１５７ｇとの間に、フルブリッジ回路（以下、第１のフルブリッジ回路とも称する）を構成する。スイッチング素子Ｑ９〜Ｑ１２のオンオフは、ＥＣＵ８０（図１）からの制御信号ＣＳ２に応答して制御される。

電力変換ユニット２２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびＱ５〜Ｑ８と、絶縁トランス２３０とを含む。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８には、それぞれ逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のオンオフは、ＥＣＵ８０からの制御信号ＣＳ１に応答して制御される。

スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、電力線１５７ｐ，１５７ｇと電力線１５８との間にフルブリッジ回路（以下、第２のフルブリッジ回路とも称する）を構成する。スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８は、電力線１５９と電力線１５２ｐ，１５２ｇとの間にフルブリッジ回路（以下、第３のフルブリッジ回路とも称する）を構成する。

電力変換ユニット２１０，２２０の各フルブリッジ回路は、周知のように、スイッチング素子のオンオフ制御によって、双方向のＡＣ／ＤＣ電力変換を実行することができる。また、オンオフ制御におけるスイッチング素子のデューティ比制御によって、直流電圧（電流）あるいは交流電圧（電流）のレベルについても制御可能であることが知られている。

絶縁トランス２３０は、電力線１５８が接続された一次側と、電力線１５９が接続された二次側とを有する。周知のように、絶縁トランス２３０は、一次側および二次側を電気的に絶縁した上で交流電圧を巻数に応じて変換するように構成されている。

平滑コンデンサＣ２は、電力線１５７ｐ，１５７ｇの直流電圧を平滑する。平滑コンデンサＣ１および平滑リアクトルＬ１は、電力線１５２ｐ，１５２ｇの直流電圧および直流電流を平滑する。

次に、充電器２００の動作についてさらに詳細に説明する。充電器２００は、充電モードでは、以下の電力変換を行う。

充電モードでは、ＥＣＵ８０は、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオンする。また、外部充電の許可条件が整うと、充電ケーブル内のリレー４０５（図１）がオンされる。これにより、電力線１５１には、外部電源４００からの交流電圧が供給される。

電力変換ユニット２１０の第１のフルブリッジ回路（Ｑ９〜Ｑ１２）は、電力線１５１上の交流電圧を直流電圧に変換して、電力線１５７ｐ，１５７ｇに出力する。この際に、電力変換ユニット２１０は、外部電源４００からの供給電力の力率を改善するように、ＡＣ／ＤＣ変換を制御する。すなわち、電力変換ユニット２１０は、外部充電時には、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても動作することが好ましい。

一般的には、充電モードにおける電力線１５７ｐ，１５７ｇの電圧は、電力変換ユニット２１０によって、外部電源４００からの交流電圧振幅よりも高い直流電圧に制御される。

電力変換ユニット２５０において、第２のフルブリッジ回路（Ｑ１〜Ｑ４）は、電力線１５７ｐ，１５７ｇの直流電圧を、高周波交流電圧に変換して、電力線１５８に出力する。電力線１５８に出力された高周波交流電圧は、絶縁トランス２３０の一次側および二次側の巻数比に従って変圧されて、電力線１５９に出力される。

第３のフルブリッジ回路（Ｑ５〜Ｑ８）は、電力線１５９に出力された高周波交流電圧を直流電圧に変換して、電力線１５２ｐ，１５２ｇに出力する。第２および第３のフルブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８のオンオフ制御によって、電力線１５２ｐ，１５２ｇの直流電圧は制御される。

充電モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオンされるので、電力線１５２ｐ，１５２ｇの直流電圧によって、メインバッテリ１０が充電される。

充電器２００は、出力電圧および／または出力電流のフィードバック制御により、外部充電時の充電指令に従って、メインバッテリ１０を充電するための直流電力を出力する。当該充電指令は、メインバッテリ１０の状態、たとえば、ＳＯＣ（State Of Charge）や温度に応じて設定される。そして、ＥＣＵ８０は、外部充電が終了すると、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオフする。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は、充電器２００によりもＡＣコンセント１２０側の経路（図１の例では電力線１５１）に接続される。ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線１５１上の交流電圧を、補機系電力（電源電圧Ｖｓレベル）に変換して電力線１５５ｐへ出力する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は、充電器２００と一体的に配置されてもよい。ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０と同様に、半導体スイッチング素子（図示せず）を含むスイッチングレギュレータで構成され、公知の任意の回路構成を適用することができる。

主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１７０には、出力電力が検出できるように、センサ６５および１７５がそれぞれ設けられる。一般的に、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０およびＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電圧指令値に従った一定電圧を出力する定電圧レギュレータとして構成される。したがって、センサ６５，１７５として、出力電流を検出するための電流センサを設けることにより、各コンバータの出力電力を検出できる。

充電器２００は、発電モードでは、充電モードとは逆の電力変換を実行する。具体的には、リレーＲＬ１，ＲＬ２のオンによって電力線１５２ｐ，１５２ｇに伝達された、メインバッテリ１０の出力電圧が、第３のフルブリッジ回路（Ｑ５〜Ｑ８）によって、高周波交流電圧に変換されて、電力線１５９に出力される。そして、絶縁トランス２３０によって電力線１５９から電力線１５８へ伝達された高周波交流電圧は、第２のフルブリッジ回路（Ｑ１〜Ｑ４）によって直流電圧に変換されて、電力線１５７ｐ，１５７ｇに出力される。そして、電力変換ユニット２１０の第１のフルブリッジ回路（Ｑ９〜Ｑ１２）は、電力線１５７ｐ，１５７ｇ上の直流電圧を交流電圧に変換して、電力線１５１に出力する。これにより、発電モードでは、充電ケーブルによって外部電源４００が電動車両１００に接続されていなくてとも、ＡＣコンセント１２０から交流電力を出力することができる。

再び図１を参照して、車両走行時、外部充電時（充電モード）および車両発電時（発電モード）の各々における電源装置の動作を説明する。

電動車両１００において、車両走行時には、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオンされる。これにより、メインバッテリ１０からの出力電圧が、オン状態のシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を経由して電力線１５３ｐ，１５３ｇに伝達される。すなわち、メインバッテリ１０と電気的に接続された電力線１５３ｐ，１５３ｇの電力が、ＰＣＵ２０によってモータジェネレータ３０の駆動制御に用いられる。

車両走行時には、リレーＲＬ１，ＲＬ２はオフされる。これにより、オフ状態のリレーＲＬ１，ＲＬ２によって、充電器２００を始めとする外部充電構成を、メインバッテリ１０ならびに電力線１５３ｐ，１５３ｇから電気的に切離すことができる。

車両走行時におけるＥＣＵ８０および補機負荷群９５の消費電力は、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０によって供給される。一方で、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は停止される。

充電モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオンされる一方で、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフされる。そして、オン状態のリレーＲＬ１，ＲＬ２を経由して、外部電源４００からの交流電力を充電器２００によって変換した直流電圧によって、メインバッテリ１０が充電される。

また、オフ状態のシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２によって、電力線１５３ｐ，１５３ｇは、充電器２００およびメインバッテリ１０から電気的に切離される。したがって、ＰＣＵ２０を始めとする高圧系機器にメインバッテリ１０の出力電圧（直流電圧ＶＬ）が印加されないので、高圧系機器の構成部品の耐久寿命が外部充電によって低下することを防止できる。

低電圧系（補機系）では、外部充電時には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０が作動することにより、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２がオフされても、電力線１５５ｐに補機系電力を供給することができる。これにより、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を停止できる。すなわち、充電モードでは、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を停止する一方で、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０によって低電圧系の電源電圧Ｖｓを発生することによって、外部充電の効率向上が図られる。

なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０の電力容量（出力定格）は、外部充電時における補機系（低電圧系）の通常の消費電力をカバーできるように設計される。したがって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０の出力定格（たとえば、出力電力定格が１００Ｗ程度）は、車両走行時におけるＥＣＵ８０および補機負荷群９５の消費電力を賄う必要がある主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の出力定格（たとえば、出力電力定格が数ｋＷ程度）と比較して、低く抑えることができる。

主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０またはＡＣ／ＤＣコンバータ１７０の出力電力と、補機バッテリ７０の充放電電力との和によって、補機負荷群９５の消費電力が供給される。

発電モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオンされる。そして、充電器２００は、メインバッテリ１０からの直流電力を、交流電力（好ましくは、外部電源４００と同等の交流電力）に変換して、電力線１５１へ出力する。この交流電力は、ＡＣコンセント１２０から供給することができる。

本実施の形態による電動車両の電源装置では、発電モードおける低電圧系（補機系）の給電は、効率を重視する通常モード（第１のモード）と、ＡＣコンセントからの出力電力を高める高出力モード（第２のモード）とが切換えられる。主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は「第１の電力変換器」に対応し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０は「第２の電力変換器」に対応する。

ＥＣＵ８０は、通常モードでは、充電モードと同様に、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフするとともに、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を停止する。そして、ＥＣＵ８０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０を動作させることによって、補機系電力を供給する。

一方で、ＥＣＵ８０は、高出力モードでは、リレーＲＬ１，ＲＬ２に加えて、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンする。さらに、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を動作させる一方で、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０を停止する。これにより、車両走行時と同様に、補機系電力は、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０によって供給される。

通常モードでは、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオフするとともに主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０が停止される。したがって、小容量のＡＣ／ＤＣコンバータによって、損失を抑制して高効率で補機系電力を発生できる。

しかしながら、通常モードでは、充電器２００の出力電力から、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０への入力電力分が分岐されて、補機系への給電に用いられる。したがって、ＡＣコンセント１２０で使用可能な電力が、充電器２００の出力定格（たとえば、出力電力定格が２ｋＷ程度）よりも低くなる。このため、ＡＣコンセント１２０の出力電力を最大限高める面からは問題がある。

これに対して、高出力モードでは、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンするとともに、大容量の主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０が動作するので、通常モードと比較して、損失が増大する。しかしながら、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０が停止するため、充電器２００の出力電力から補機系給電用の電力が分岐されることがない。したがって、ＡＣコンセント１２０で使用可能な電力が、充電器２００の出力定格（たとえば、出力電力定格が２ｋＷ程度）まで拡大する。すなわち、ＡＣコンセント１２０の出力電力を最大限高めることができる。

図３には、本実施の形態の電動車両の電源装置におけるコンセント使用電力と補機給電系のモード選択との関係が示される。

図３を参照して、センサ１２５によって検出されたＡＣコンセント１２０での使用電力Ｐｃが、判定電力Ｐｔよりも低い領域５１０では、通常モードが選択される。一方で、使用電力Ｐｃが、判定電力Ｐｔよりも高い領域５２０では、高出力モードが選択される。この結果、高出力モードでは、充電器２００の出力電力定格Ｐｒｔまで、使用電力Ｐｃを高めることができる。

この判定電力Ｐｔは、充電器２００の出力電力定格（Ｐｒｔ）からＡＣ／ＤＣコンバータ１７０の出力電力定格を差し引いた電力値に基づいて設定することができる。あるいは、充電器２００の出力電力定格から、現在の補機系の消費電力を差し引いた電力値に基づいて、判定電力Ｐｔを設定することもできる。現在の補機系の消費電力としては、使用中である、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０（通常モード）または主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０（高出力モード）の出力電力を用いることができる。

図４は、本発明の実施の形態による電動車両の電源装置における車両発電時の補機給電系の制御動作を説明するためのフローチャートである。図４に示す制御処理は、ＥＣＵ８０によって、所定周期毎に実行される。また、図４に示す各ステップの制御処理は、ＥＣＵ８０によるハードウェア処理および／またはソフトウェア処理によって実行される。

図３を参照して、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１００により、ＡＣコンセント１２０の使用が要求されているか否かを検出する。たとえば、ＡＣコンセント１２０からの給電を指示するための図示しないスイッチのオン時に、ステップＳ１００がＹＥＳ判定とされる。

ＡＣコンセント１２０の使用が要求されていないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、以下に説明する制御処理は実行されない。

ＥＣＵ８０は、ＡＣコンセント１２０の使用が要求されているとき（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、充電ケーブルによって外部電源４００が充電インレット１０５に非接続であるか否かを判定する。たとえば、充電ケーブルの接続状態を示す信号に基づいて、ステップＳ１１０の判定は実行される。ＥＣＵ８０は、外部電源が接続されているとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１５０に処理を進めて、外部電源４００からの電力をＡＣコンセント１２０から出力するように、電源装置を制御する。すなわち、リレーＲＬ１，ＲＬ２がオフされるとともに、充電器２００も停止される。そして、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を停止するとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０によって補機系電力が発生される。

ＥＣＵ８０は、外部電源が非接続のとき（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１２０に処理を進めて、発電可能な状態であるか否かを判定する。たとえば、メインバッテリ１０の状態（ＳＯＣ：State of Charge、電池温度等）や、充電器２００の異常有無等が、ステップＳ１２０では確認される。

ＥＣＵ８０は、発電可能な状態であれば（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１６０に処理を進めて、充電器２００を作動させることによって、ＡＣコンセント１２０から電力を出力する。すなわち、発電モードが選択される。一方で、発電不能な状態のとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）は、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１６０をスキップして処理を終了する。すなわち、ＡＣコンセント１２０から電力は出力されない。

ＥＣＵ８０は、発電モードでは、さらにステップＳ１７０により、ＡＣコンセント１２０での現在の使用電力Ｐｃを判定電力Ｐｔと比較する。そして、ＥＣＵ８０は、Ｐｃ＜Ｐｔのとき（Ｓ１７０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１８０により通常モード（第１のモード）を選択する。一方、ＥＣＵ８０は、Ｐｃ＞Ｐｔのとき（Ｓ１７０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１９０により高出力モード（第２のモード）を選択する。

ＥＣＵ８０は、通常モードでは、ステップＳ２００により、リレーＲＬ１，ＲＬ２をオンするとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０によって補機系電力を発生する。このとき、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は停止されるとともに、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２はオフされる。

一方で、ＥＣＵ８０は、高出力モードでは、ステップＳ２１０により、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０を停止するとともに、主ＤＣ／ＤＣコンバータ６０によって補機系電力を発生する。このとき、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２はオンされ、リレーＲＬ１，ＲＬ２はオフされる。

このようにすると、ＡＣコンセント１２０に高容量の電気機器が接続されることによって、ＡＣコンセント１２０の使用電力Ｐｃが判定電力Ｐｔよりも高くなると、通常モードから高出力モードに切換えて補機系電力が発生される。これにより、通常モードよりも高い電力をＡＣコンセント１２０から出力できる。具体的には、充電器２００の出力定格まで、ＡＣコンセント１２０の出力電力を高めることができる。

一方で、使用電力Ｐｃが判定電力Ｐｔよりも低下した状態が一定期間安定的に継続すると、通常モードが選択される。これにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ１７０によって補機系電力を発生してもＡＣコンセント１２０での使用電力を確保できる場合には、効率を優先して補機系電力が発生される。

なお、通常モードおよび高出力モードの選択が頻繁に切替わることを防止するために、通常モードから高出力モードへの切替を判定するための判定電力と、通常モードから高出力モードへの切替を判定するための判定電力とにヒステリシスを持たせることが好ましい。

このように、本実施の形態による電動車両の電源装置によれば、電動車両が車載蓄電装置の電力を用いて交流電力を発電する際に、コンセントからの使用電力に応じて、効率的かつ適切に補機系電力を供給することができる。

また、本実施の形態による電動車両の電源装置およびその変形例において、電力線１５３ｐ，１５３ｇ以降（車両走行系）の構成は、図示された構成に限定されるものではない。すなわち、上述したように、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等、走行用電動機を搭載した電動車両に対して、走行用電動機の個数や駆動システムの構成を限定することなく、本発明は共通に適用することができる。また、充電器２００の構成についても、同等の電力変換が可能であれば、任意の構成を適用することができる。

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。

この発明は、車載蓄電装置の電力を用いた交流電力の発電が可能な電動車両に適用することができる。

１０ メインバッテリ、２０ ＰＣＵ、２６ インバータ、３０ モータジェネレータ、４０ 動力伝達ギア、５０ 駆動輪、５５ 制動機構、６０ 主ＤＣ／ＤＣコンバータ、６５，１２５，１７５ センサ、７０ 補機バッテリ、９５ 補機負荷群、１００ 電動車両、１０５ 充電インレット、１２０ ＡＣコンセント、１３０ ＬＣフィルタ、１５１，１５２ｐ，１５２ｇ，１５３ｐ，１５３ｇ，１５４ｐ，１５５ｐ，１５７ｐ，１５７ｇ，１５８，１５９ 電力線、１７０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２００ 充電器、２１０，２２０，２５０ 電力変換ユニット、２３０ 絶縁トランス、４００ 外部電源、４０５ リレー（充電ケーブル）、４１０ 充電プラグ、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２，ＣＨ 平滑コンデンサ、ＣＮＶ コンバータ、ＣＳ１，ＣＳ２ 制御信号（充電器）、Ｄ１〜Ｄ１２ 逆並列ダイオード、Ｌ０，Ｌ１ リアクトル、Ｐｃ 使用電力（ＡＣコンセント）、Ｐｒｔ 定格、Ｐｔ 判定電力、Ｑ１〜Ｑ１２，Ｑａ，Ｑｂ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＬ１，ＲＬ２ リレーＳＭ１，ＳＭ２，ＳＲ１，ＳＲ２ 制御指令（リレー）、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２，ＳＭＲ１ システムメインリレー、ＶＨ，ＶＬ 直流電圧、Ｖｓ 電源電圧。

Claims (8)

1. 車両駆動力を発生する電動機（３０）に対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置（１０）と、
   前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置（７０）と、
   前記副蓄電装置と接続されて、補機負荷（９５）を作動させるための補機系電力を供給する第１の電力線（１５５ｐ）と、
   外部電源（４００）と電気的にコンタクトするための充電インレット（１０５）と、
   前記充電インレットと電気的に接続された第２の電力線（１５１）と、
   前記第２の電力線から交流電力を取り出すためのコンセント（１２０）と、
   前記第２の電力線の交流電力と前記主蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するための充電器（２００）と、
   前記主蓄電装置からの直流電力を前記補機系電力に変換して前記第１の電力線へ出力するための第１の電力変換器（６０）と、
   前記第２の電力線の交流電力を前記補機系電力に変換して前記第１の電力線へ出力するための第２の電力変換器（１７０）と、
   前記外部電源が前記充電インレットに非接続の状態で前記コンセントから交流電力を出力する発電モードにおいて、前記充電器が前記主蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記第２の電力線へ出力するように前記充電器を制御するための制御装置（８０）とを備え、
   前記制御装置は、前記発電モードにおいて、前記コンセントからの使用電力に基づいて、前記第１の電力変換器によって前記補機系電力を発生する第１のモードと、前記第２の電力変換器によって前記補機系電力を発生する第２のモードとを切換えて前記補機系電力を発生するように、前記第１および第２の電力変換器を制御する、電動車両の電源装置。
2. 前記制御装置（８０）は、前記使用電力（Ｐｃ）が所定の判定電力（Ｐｔ）よりも高いときに前記第１のモードを選択する、請求項１に記載の電動車両の電源装置。
3. 前記制御装置（８０）は、前記使用電力（Ｐｃ）が所定の判定電力（Ｐｔ）よりも低いときに前記第２のモードを選択する、請求項１に記載の電動車両の電源装置。
4. 前記判定電力（Ｐｔ）は、前記充電器（２００）の定格出力電力値から前記第２の電力変換器（１７０）の出力電力定格を差し引いた電力値に基づいて設定される、請求項２または３に記載の電動車両の電源装置。
5. 前記判定電力は、前記充電器の出力電力定格から前記補機系電力の現在の消費電力を差し引いた電力値に基づいて設定される、請求項２または３に記載の電動車両の電源装置。
6. 車両駆動力を発生する電動機（３０）に対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置（１０）と、前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置（７０）とを搭載
   する電動車両の電源装置の制御方法であって、
   前記電源装置は、
   前記副蓄電装置と接続されて、補機負荷（９５）を作動させるための補機系電力を供給する第１の電力線（１５５ｐ）と、
   外部電源（４００）と電気的にコンタクトするための充電インレット（１０５）と、
   前記充電インレットと電気的に接続された第２の電力線（１５１）と、
   前記第２の電力線から交流電力を取り出すためのコンセント（１２０）と、
   前記第２の電力線の交流電力と前記主蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するための充電器（２００）と、
   前記主蓄電装置からの直流電力を前記補機系電力に変換して前記第１の電力線へ出力するための第１の電力変換器（６０）と、
   前記第２の電力線の交流電力を前記補機系電力に変換して前記第１の電力線へ出力するための第２の電力変換器（１７０）とを含み、
   前記制御方法は、
   前記外部電源が前記充電インレットに非接続の状態で前記コンセントから交流電力を出力する発電モードにおいて、前記充電器が前記主蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記第２の電力線へ出力するように前記充電器を制御するステップ（Ｓ１６０）と、
   前記発電モードにおいて、前記コンセントからの使用電力に基づいて、前記第１の電力変換器によって前記補機系電力を発生する第１のモードと、前記第２の電力変換器によって前記補機系電力を発生する第２のモードとの一方を選択するステップ（Ｓ１７０）と、
   選択された前記第１または第２のモードに従って前記補機系電力を発生するように、前記第１の電力変換器および前記第２の電力変換器を制御するステップ（Ｓ１８０，Ｓ１９０）とを備える、電動車両の電源装置の制御方法。
7. 前記選択するステップ（Ｓ１７０）は、前記使用電力（Ｐｃ）が所定の判定電力（Ｐｔ）よりも高いときに前記第１のモードを選択する、請求項６に記載の電動車両の電源装置の制御方法。
8. 前記選択するステップ（Ｓ１７０）は、前記使用電力（Ｐｃ）が所定の判定電力（Ｐｔ）よりも低いときに前記第２のモードを選択する、請求項６に記載の電動車両の電源装置の制御方法。

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