JP5691925B2 - 充電システムおよびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電システムおよびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法に関し、より特定的には、外部電源からの電力を用いて充電が可能な車両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車両が注目されている。このような車両には、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。

外部電源としては、上記のような家庭用のコンセントや複数台の車両を充電するための充電スタンドがあるが、他の電気機器の消費電力や他の車両への充電電力が大きい場合には、外部電源の電源電圧が変動する場合がある。車両において蓄電装置を充電する場合には、このような電圧変動による影響が生じないようにすることが必要とされる。

特開２００９−１９４９８６号公報（特許文献１）は、外部充電が可能な車両において、充電装置に力率改善（Power Factor Correction：ＰＦＣ）回路が設けられる構成が開示される。

特開２００９−１９４９８６号公報 特開２０１０−２６３６８３号公報

外部電源の電圧変動が大きい場合には、それに対応して、外部電源からの入力電流も変動する場合がある。外部電源が交流の場合には、力率を改善するための力率改善（Power Factor Correction：ＰＦＣ）回路が充電装置内に備えられることがあるが、このＰＦＣ回路においては、入力される交流電圧の位相に入力電流の位相を合わせるように制御が行なわれるため、交流電圧変動によりＰＦＣ回路における交流電流の変動が大きくなる場合がある。そうすると、充電装置が許容可能な電流容量を超過した過電流状態となるおそれがある。これにより、充電装置内の機器や素子の劣化や故障の要因となったり、充電装置に内蔵された保護回路により充電が停止されたりする可能性がある。そうすると、満充電状態まで適切に充電動作が実行されず、蓄電装置からの電力により走行可能な距離が確保されないおそれがある。

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、その目的は、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りかつ充電効率の低下を抑制しながら満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することである。

本発明による充電システムは、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備え、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電する。充電装置は、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子の制御周波数を調整する。

好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、制御周波数を変化させて交流電圧の変動量が所定のしきい値を下回るようにする。

好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、上記のスイッチング素子を有し、外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能および力率改善機能を有する力率改善回路を含む。

好ましくは、力率改善回路は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部を有し、スイッチング素子の制御周波数から定まる特定の周波数が、フィルタ部および外部電源の合成インピーダンスから定まる共振周波数と略同一とならないようにスイッチング素子の制御周波数を調整する。

好ましくは、制御装置は、力率改善回路におけるスイッチング素子の制御周波数から定まる特定の周波数領域が、フィルタ部および外部電源の合成インピーダンスから定まる周波数特性におけるゲインのピークを生じる周波数を含まないようにスイッチング素子の制御周波数を調整する。

好ましくは、特定の周波数領域は、制御周波数の１／４倍の周波数を含む。
好ましくは、制御装置は、外部電源からフィルタ部へ供給される交流電力と、フィルタ部から出力される交流電力との比較に基づいて交流電圧の変動量を演算する。

好ましくは、制御装置は、リアクトルに流れる電流の指令値と、リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて交流電圧の変動量を演算する。

好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、力率改善回路からの直流電圧を、蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む。

好ましくは、制御装置は、外部電源からの入力電流が、過電流状態となった場合は、充電装置による充電動作を停止する。

本発明による車両は、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備え、外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能である。充電装置は、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子の制御周波数を調整する。

本発明による充電装置の制御方法は、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置についての制御方法である。充電装置は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含む。制御方法は、外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、交流電圧の変動量に応じてスイッチング素子の制御周波数を設定するステップと、設定された制御周波数によりスイッチング素子を制御するステップとを備える。

本発明によれば、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りかつ充電効率の低下を抑制しながら満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。

本実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。 図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第１の例を示す図である。 図２のＰＦＣ回路の動作を説明するための図である。 図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第２の例を示す図である。 図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第３の例を示す図である。 入力電圧変動の一例を示す図である。 入力電圧変動が生じる要因を説明するための図である。 本実施の形態における充電制御を説明するための図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される充電制御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。

図１は、本実施の形態に従う車両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ＳＭＲ１１５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、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）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、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介して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程度である。

蓄電装置１１０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１１０の電圧を検出するための電圧センサ１６０、入出力電流を検出するための電流センサ１７０が設けられる。検出された電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、ＥＣＵ３００へ出力される。ＥＣＵ３００は、これらの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）を演算する。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、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換える。

ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータ、インバータなどが含まれる。コンバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１１０からの電圧を変換する。インバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。

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。

なお、図１においては、モータジェネレータおよびインバータのペアが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されない。２つより多くのモータジェネレータおよびインバータのペアが設けられる構成であってもよい。

なお、図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、本実施の形態における車両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、電気自動車の他に、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や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。

ハイブリッド自動車である場合には、モータジェネレータ１３０は、動力伝達ギア１４０を介して図示しないエンジンにも結合される。そして、ＥＣＵ３００は、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得られるようにする。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。

車両１００は、外部電源５００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、さらに、充電装置２００と、インレット２４０と、充電リレーＣＨＲ２５０とを含む。なお、充電装置２００とＥＣＵ３００との組み合わせが、本発明における「充電システム」に対応する。

インレット２４０は、車両１００の外表面に設けられる。インレット２４０には、充電ケーブル４００のコネクタ４１０が接続される。そして、外部電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１００に伝達される。

充電ケーブル４００は、コネクタ４１０に加えて、外部電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、コネクタ４１０およびプラグ４２０とを電気的に結ぶ電線部４３０とを含む。また、図１には示さないが、電線部４３０には、外部電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（Charging Circuit Interrupt Device：ＣＣＩＤ）が含まれてもよい。

充電装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、インレット２４０に接続される。また、充電装置２００は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２によって、ＣＨＲ２５０を介して蓄電装置１１０に接続される。

ＣＨＲ２５０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＳＥ２によって制御され、充電装置２００から蓄電装置１１０への電力の供給と停止とを切換える。

充電装置２００は、力率改善（ＰＦＣ）回路２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０と、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１とを含む。

ＰＦＣ回路２１０は、交流電力を直流電力に整流するとともに、回路に流れる交流電流を電源からの交流電圧の正弦波に近づけることによって力率を改善するための回路である。

ＰＦＣ回路２１０の詳細な構成の一例を図２に示す。ＰＦＣ回路２１０は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるＡＣフィルタ２１２と、整流回路２１８と、コンデンサＣ２０と、電流センサ２１４と、電圧センサ２１６とを含む。整流回路２１８は、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４とを含む。

ダイオードＤ２１およびスイッチング素子Ｑ２２は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２２はスイッチング素子Ｑ２２に逆並列に接続される。また、ダイオードＤ２３およびスイッチング素子Ｑ２４は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２４はスイッチング素子Ｑ２４に逆並列に接続される。

ＡＣフィルタ２１２は、外部電源５００からの交流電力を受け、この交流電力に含まれるノイズを除去する。ＡＣフィルタ２１２の出力の一方端は、ダイオードＤ２１とスイッチング素子Ｑ２２との接続ノードに接続される。ＡＣフィルタ２１２の出力の他方端は、ダイオードＤ２３とスイッチング素子Ｑ２４との接続ノードに接続される。

ＡＣフィルタ２１２を介して供給される交流電力は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４によって直流電力に整流される。しかしながら、ＡＣフィルタ２１２に含まれるコンデンサによって、一般的に、ＡＣフィルタ２１２から出力される交流電流波形は、正弦波からずれたものとなる。ＰＦＣ回路２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＥによってスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４が制御され、整流回路２１８に入力される交流電流の波形を正弦波に近づける。

コンデンサＣ２０は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に接続され、整流回路２１８から出力される直流電圧の変動を低減する。

電圧センサ２１６は、整流回路２１８への入力電圧（すなわち、ＡＣフィルタ２１２の出力電圧）Ｖｉｎを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。電流センサ２１４は、整流回路２１８への入力電流ＩＬを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

図３は、ＰＦＣ回路２１０の動作を説明するための図である。図３を参照して、外部電源５００からの電源電圧ＶＡＣは、所定の電源周波数の交流電圧である。ＰＦＣ回路２１０においては、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオンの期間には、リアクトルに流れる電流ＩＬが増加する一方で、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオフの期間には電流ＩＬが減少する。このため、電流センサ２１４により検出されるリアクトル電流ＩＬに基づいてスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４をスイッチング制御することによって、リアクトル電流ＩＬ（図３中のＷ１０）を電源電圧ＶＡＣと同位相の目標電流（図３中のＷ１１）に一致するように制御する。これによって、電源電圧ＶＡＣと電源電流ＩＡＣとの積で表わされる瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力の平均値である有効電力が大きくなり、外部電源５００から供給される電力の力率を１に近づけることができる。

ここで、リアクトル電流ＩＬの絶対値の積分値は、コンデンサＣ２０に供給される電荷に相当するので、目標電流の振幅ＩＬ＿ｒｅｆを制御することによって外部電源５００からの入力電流を調整して、出力される直流電圧ＶＤＣを調整することができる。

なお、ＰＦＣ回路の構成は、図３に示される構成に限定されるものではなく、たとえば、図４，５に示されるような構成とすることも可能である。

図４のＰＦＣ回路２１０Ａは、ダイオードブリッジにより構成される整流回路２１８Ａで整流した直流電圧を、リアクトルＬ１０およびコンデンサＣ１０で構成されるＬＣフィルタを介して電力線ＰＬ３，ＮＬ３へ出力する。このとき、コンデンサＣ１０に並列に接続されたスイッチング素子Ｑ１０をスイッチング制御して力率を改善する。

また、図５のＰＦＣ回路２１０Ｂは、図２のＰＦＣ回路２１０における整流回路２１８が、スイッチング素子Ｑ３１〜Ｑ３４のフルブリッジ構成とされた整流回路２１８Ｂに置き換わったものである。

ＰＦＣ回路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂのいずれの回路においても、回路に含まれるスイッチング素子のデューティを制御することによって、力率を改善しつつ入力電流を調整することができる。

再び図１を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４により構成されるフルブリッジ回路２２１と、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８およびダイオードＤ５〜Ｄ８により構成されるフルブリッジ回路２２２と、これら２つのフルブリッジ回路２２１，２２２に結合されたトランスＴＲ１とを含む。

フルブリッジ回路２２２は、ＰＦＣ回路２１０から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、この変換した交流電圧をトランスＴＲ１の一次巻線に供給する。

トランスＴＲ１は、フルブリッジ回路２２１から供給される交流電圧を、一次巻線と二次巻線との巻線比によって定められる電圧に変換する。

フルブリッジ回路２２２は、トランスＴＲ１で変換された交流電圧を直流電圧に変換する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０のフルブリッジ回路２２１，２２２の各スイッチング素子は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤにより制御される。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、蓄電装置１１０の充電に適した所望の電圧を出力する。

リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の出力端子間に直列に接続され、一緒になってＬＣフィルタを形成する。このＬＣフィルタは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０から出力される直流電流に含まれる、スイッチングによって生じるリプル成分を除去する。そして、コンデンサＣ１の両端が電力線ＰＬ２，ＮＬ２に結合される。

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や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。

なお、図１においては、ＥＣＵ３００が１つである場合を例として説明するが、ＥＣＵ３００に含まれる機能は、機器ごとあるいは機能ごとに個別の制御装置において実行されてもよい。たとえば、本実施の形態において説明される制御については、充電装置２００に内蔵される図示されない制御装置によって実行されてもよい。

このような構成の車両において外部充電を行なう場合、電力が供給される外部電源としては、家庭のコンセントや充電スタンドなどが考えられる。このとき、たとえば、家庭内で消費電力の大きい電気機器が使用された場合や、充電スタンドにおいて複数の車両で充電が行なわれた場合には、外部電源の電源電圧が変動するおそれがある。

図１で示したようなＰＦＣ回路２１０を有する充電装置２００により充電を行なう場合に、外部電源５００からの入力電圧が変動すると、ＰＦＣ回路２１０のＡＣフィルタ２１２に含まれるリアクトルおよびコンデンサによる共振回路、ならびにスイッチング素子の制御周波数の影響により、図２における整流回路２１８への入力電圧Ｖｉｎが、図６に示すように変動する場合がある（図６中の曲線Ｗ２１）。

このように入力電圧Ｖｉｎが変動すると、それに伴って、入力電流ＩＬも同様に変動する。そうすると、入力電流のピーク値が、スイッチング素子などの回路を構成する部品の許容電流を超過し過電流状態となってしまい、素子の破損や故障の要因となったり、あるいは、充電装置の保護回路によってスイッチング動作が停止され充電動作が停止したりするおそれがある。

これによって、蓄電装置１１０の充電が中断されてしまうために、ユーザが車両を運転しようとした場合に、十分な充電量が蓄電装置１１０に蓄えられていない状態となり得る。そして、電力を用いた走行が制限され、電気自動車においては走行距離が確保できなくなり、ハイブリッド車両においてはエンジンを用いることによって燃費の悪化を招くおそれがある。

ここで、図７を用いて、このような入力電圧の変動が生じる要因を説明する。図７は、外部電源および充電装置による合成インピーダンスの周波数応答を示したものである。

図７を参照して、外部電源に接続される負荷が相対的に低い場合には、外部電源および充電装置の合成インピーダンスは、図７中の曲線Ｗ３０のように、ｆ＿ｐｅａｋの周波数においてゲインのピークが生じる（すなわち、共振周波数）。言い換えれば、充電装置に入力される外部電源の交流電圧波形に、周波数ｆ＿ｐｅａｋの変動成分が重畳しやすくなる。

このとき、ＰＦＣ回路の制御周波数については、一般的には、その制御周波数から定まる特定の周波数ｆ１を含む領域（図７中の領域ＡＲ１）が、上述の合成インピーダンスの共振周波数ｆ＿ｐｅａｋを含まないように設計される。なお、上記の特定の周波数ｆ１は、たとえば、ＰＦＣ回路の制御周波数の１／４倍である。

ところが、外部電源に消費電力の大きい機器が接続されたり、複数の他の車両に対して充電が実行されたりした場合には、外部電源のインピーダンスが増加するために、それに伴って共振周波数ｆ＿ｐｅａｋが低下する。そして、この共振周波数ｆ＿ｐｅａｋが、ＰＦＣ回路の制御周波数から定まる領域ＡＲ１に含まれるようになると（図７の曲線Ｗ３１）、図２のＡＣフィルタ２１２から出力される交流電圧に、図６で示したような変動成分が重畳し得る。

そのため、本実施の形態においては、合成インピーダンスの共振周波数ｆ＿ｐｅａｋが領域ＡＲ１に含まれることに起因して入力電圧の変動量が大きくなる場合に、ＰＦＣ回路の制御周波数を変更することによって、領域ＡＲ１に共振周波数ｆ＿ｐｅａｋが含まれないようにする充電制御を行なう。

具体的には、図８に示すように、合成インピーダンスの共振周波数ｆ＿ｐｅａｋが領域ＡＲ１に含まれて入力電圧の変動量が大きくなる場合には、ＰＦＣ回路の制御周波数を増加させ、変更後の制御周波数により定められる周波数ｆ２を含む領域ＡＲ２に、曲線Ｗ３１におけるゲインのピークが生じる周波数が含まれないようにする。あるいは、ＰＦＣ回路の制御周波数を低下させるようにしてもよい（図８の領域ＡＲ２Ａ）。

このようにすることによって、合成インピーダンスが変化した場合に、入力電圧変動を生じにくくすることができるので、充電装置において過電流状態となることを防止でき、充電動作が中断されることを抑制できる。また、このとき、充電電流を低下させる必要がなく、充電効率の低下を伴わないので、充電効率の低下を抑制することが可能である。

図９は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。図９に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部またはすべてのステップを、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７を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、図２の電圧センサ２１６によって検出されたＰＦＣ回路２１０への入力電圧Ｖｉｎを取得する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、図示されない他の電圧センサで検出された外部電源５００の電源電圧ＶＡＣからの変動幅ＦＬＣを演算する。この変動幅ＦＬＣは、電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の絶対値（変動量）を採用してもよいし、電源電圧ＶＡＣに対する電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の比率を採用してもよい。

ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、Ｓ１１０で算出した変動幅ＦＬＣが、所定のしきい値αを上回っているか否かを判定する。

変動幅ＦＬＣがしきい値α以下の場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１３５に進められて、ＥＣＵ３００は、ＰＦＣ回路２１０の制御周波数Ｆｐｆｃを、デフォルト値であるＦ１に設定し、処理をＳ１４０に進める。

一方、変動幅ＦＬＣがしきい値αを上回る場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、充電装置２００において過電流状態が生じる可能性があると判断し、ＰＦＣ回路２１０の制御周波数Ｆｐｆｃを、デフォルト値のＦ１とは異なるＦ２へ設定する。なお、変更後のＰＦＣ回路２１０の制御周波数は、回路に含まれる他の機器や素子が適合可能な範囲内で任意の値を選択可能である。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、Ｓ１３０またはＳ１３５で設定した制御周波数Ｆｐｆｃを用いて、充電装置２００を制御して充電動作を実行する。

なお、上記の説明においては、入力電圧Ｖｉｎの変動に基づいて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定する構成を例として説明したが、図２の電流センサ２１４で検出された入力電流ＩＬの変動幅に基づいて、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定するようにしてもよい。特に、ＰＦＣ回路２１０が、図４で示すような回路である場合、フィルタが整流回路２１８Ａの出力側にあり交流の入力電圧についての変動が生じにくいため、入力電流ＩＬの変動幅に基づいて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定することが好ましい。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、充電実行時に外部電源からの交流電圧が変動した場合であっても、それに応じてＰＦＣ回路に含まれるスイッチング素子の制御周波数が変更されるので、入力電圧の変動を低減することができ、それによって充電装置において過電流状態が生じることを低減できる。これによって、充電動作が中断されることが抑制されるので、満充電状態となるまで充電動作を継続することができ、その結果、蓄電装置からの電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。このとき、充電電流を制限する必要がないので、充電効率を低下させることなく充電が実行でき、それによって、充電時間が延長されることを抑制できる。

なお、本実施の形態における「ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０」は、本発明における「ＤＣ／ＤＣ変換回路」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。

１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１６０，２１６ 電圧センサ、１７０，２１４ 電流センサ、２００ 充電装置、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ ＰＦＣ回路、２１２ ＡＣフィルタ、２１８，２１８Ａ，２１８Ｂ 整流回路、２２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２１，２２２ フルブリッジ回路、２４０ インレット、２５０ ＣＨＲ、３００ ＥＣＵ、４００ 充電ケーブル、４１０ コネクタ、４２０ プラグ、４３０ 電線部、５００ 外部電源、５１０ コンセント、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１〜ＰＬ３，ＮＬ１〜ＮＬ３ 電力線、Ｃ１，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、Ｌ１，Ｌ１０ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ２２，Ｑ２４，Ｑ３１〜Ｑ３４ スイッチング素子、ＴＲ１ トランス。

Claims (12)

1. 外部電源からの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システムであって、
   スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
   前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、前記スイッチング素子の制御周波数を変化させて前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を下回るように前記力率改善回路の前記スイッチング素子の前記制御周波数を調整する、充電システム。
2. 外部電源からの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システムであって、
   スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
   前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記力率改善回路は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部を有し、前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記力率改善回路の前記スイッチング素子の制御周波数から定まる特定の周波数が、前記フィルタ部および前記外部電源の合成インピーダンスから定まる共振周波数と略同一とならないように、前記制御周波数を調整する、充電システム。
3. 前記制御装置は、前記力率改善回路における前記スイッチング素子の前記制御周波数から定まる特定の周波数領域が、前記フィルタ部および前記外部電源の前記合成インピーダンスから定まる周波数特性におけるゲインのピークを生じる周波数を含まないように、前記制御周波数を調整する、請求項２に記載の充電システム。
4. 前記特定の周波数領域は、前記制御周波数の１／４倍の周波数を含む、請求項３に記載の充電システム。
5. 前記制御装置は、前記外部電源から前記フィルタ部へ供給される交流電圧と、前記フィルタ部から出力される交流電圧との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
6. 前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流の指令値と、前記リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
7. 前記充電装置は、
   前記力率改善回路からの直流電圧を、前記蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む、請求項２に記載の充電システム。
8. 前記制御装置は、前記外部電源からの入力電流が、過電流状態となった場合は、前記充電装置による充電動作を停止する、請求項１または２に記載の充電システム。
9. 外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、
   スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
   前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、制御周波数を変化させて前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を下回るように前記力率改善回路の前記スイッチング素子の前記制御周波数を調整する、車両。
10. 外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、
    スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
    前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
    前記力率改善回路は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部を有し、前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記力率改善回路の前記スイッチング素子の制御周波数から定まる特定の周波数が、前記フィルタ部および前記外部電源の合成インピーダンスから定まる共振周波数と略同一とならないように、前記制御周波数を調整する、車両。
11. 外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法であって、
    前記充電装置は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、
    前記制御方法は、
    前記外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、
    前記交流電圧の変動量に応じて前記スイッチング素子の制御周波数を変化させて前記交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、前記制御周波数を変化させて前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を下回るように設定するステップと、
    設定された前記制御周波数により前記スイッチング素子を制御するステップとを備える、充電装置の制御方法。
12. 外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法であって、
    前記充電装置は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能及び力率改善機能を有する力率改善回路を含み、
    前記制御方法は、
    前記外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、
    前記交流電圧の変動量に応じて前記力率改善回路の前記スイッチング素子の制御周波数から定まる特定の周波数が、フィルタ部および前記外部電源の合成インピーダンスから定まる共振周波数と略同一とならないように、前記スイッチング素子の前記制御周波数を調整して設定するステップと、
    設定された前記制御周波数により前記スイッチング素子を制御するステップとを備える、充電装置の制御方法。

Images