JP6670998B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に関する。

近年、電気自動車としてのＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が普及しつつある。電気自動車は蓄電池に蓄えられた電力でモータを回転させて駆動力を得る。その運用のために蓄電池の充電が不可欠である。

電気自動車の蓄電池の充電方式としては、例えば、家庭用の商用電源等の交流電源から交流電流を直流電流に変換して充電を行う方式と、充電スタンド等の直流電源から直流電流を直接充電する方式とがある。一般に、前者は普通充電と称され、後者は急速充電と称される。急速充電は３０分程度で満充電の約８０％まで充電を行うものであり、普通充電は一般に急速充電と比較して低出力で、例えば、ＥＶの場合であれば８時間以上かけて満充電を行う。

電気自動車の普通充電には、米国のＳＡＥ（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）によって定められた標準システムが使用される。このような標準システムに基づいた普通充電には、ＳＡＥ Ｊ１７７２という規格に準拠した充電ケーブルが使用される。この充電ケーブルには許容電流値（定格電流）が定められており、車両に搭載された電力変換装置（車載充電装置）にはコントロールパイロット信号と呼ばれるパルス信号を介してその許容電流値の情報が伝達される。

充電時、電力変換装置は、安全のために充電池側に最大出力値以上の出力をしないように出力値を制御している。この最大出力値は、許容電流値、電力変換装置へ入力される入力電圧値、および入力された交流電流を直流電流に変換する際の変換効率を掛け合わせて算出される。変換効率は周囲の温度や入力電流、電圧等による変動が生じるため、最大出力値を算出する際に用いる変換効率は、例えば予想される変換効率の内、最も低い値に設定される。

電力変換装置は、このように算出された最大出力値を超えないように出力電力を制御する。ここで、上述したように最大出力値は予想される最も低い変換効率に基づいて算出されるため、充電時に変換効率が低くなったとしても、電力変換装置へ入力される入力電流値が許容電流値を超えることはない。また、変換効率が低い場合、電力変換装置は入力電流値を許容電流値近傍まで引き込むことができる。一方、最大出力値は予想される最も低い変換効率に基づいて算出されるため、変換効率が高い場合には電力変換装置は許容電流値近傍よりも小さい電流値しか引き込むことができないという事態が生じていた。

このような事態を解消する技術として、例えば電力変換装置が充電ケーブルを介した充電設備からの入力電流を直接監視し、入力電流が許容電流値を超えないようにフィードバック制御を行う技術がある。これにより、常に入力電流を許容電流値近傍まで引き込むことができ、出力電力の増加、ひいては充電時間の短縮が可能となる。

最大出力値を超えないように出力電力を制御する方法では、電力変換装置が許容電流値に基づく最大出力値を超えないように出力電力を制御している。そのため、入力電流値を監視する入力電流センサに異常が生じた場合であっても、充電ケーブルに許容電流値を超す過電流が流れることはない。しかしながら、最大出力値を設定せずに、入力電流が許容電流値を超えないようにフィードバック制御を行う方法では、入力電流値を監視する入力電流センサに何らかの原因で異常が生じた場合、電力変換装置は許容電流値を超えた入力電流を引き込む虞がある。すると、充電ケーブルに許容電流値を超す過電流が流れ、充電ケーブルが発熱してしまうことがある。特に入力電流センサが実際の入力電流値よりも小さい電流値を検出した場合にこのような事態が生じる。

このような問題に対し、特許文献１は、電力変換装置の故障を診断する技術を開示している。すなわち、特許文献１は、動作モードに応じた電力変換効率と、入力電力値の総和とを掛け合わせて出力電力の推定値を算出し、測定した出力電力と推定値とを比較してこれらが異なっている場合に異常があると判定する故障診断装置を開示している。

特開２０１３−３８９１７号公報

本発明は、常に入力電流を許容電流値近傍まで引き込むことを可能として充電時間の短縮を図りつつ、異常を適切に診断することで、充電ケーブルに許容電流値を超す過電流が流れることを防止する電力変換装置である。

本発明の電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換し負荷に供給する。この電力変換装置は入力電流センサと、入力電圧センサと、電力変換部と、出力電流センサと、出力電圧センサと、制御部とを有する。入力電流センサは、交流電力の入力電流値を検知し、入力電圧センサは、交流電力の入力電圧値を検知する。電力変換部は、交流電力を直流電力に変換する。出力電流センサは、電力変換部からの出力電流値を検知し、出力電圧センサは、電力変換部からの出力電圧値を検知する。制御部は、引き込める交流電力の許容電流値を取得し、入力電流センサが検出する入力電流値に基づき、入力電流値が許容電流値を超えないように電力変換部を制御する。また制御部は、入力電流値、入力電圧値、出力電流値、出力電圧値、および、電力変換部の電力変換効率に基づき、電力変換装置の異常を検出する。

この構成によれば、充電時間を短縮しつつ、異常を適切に診断することで、充電ケーブルに許容電流値を超す過電流が流れることを防止できる。

本発明の実施の形態による車載充電装置の構成例を示す図 図１に示す車載充電装置の充電動作における制御部の動作例について説明するためのフローチャート 図１に示す車載充電装置の充電動作における制御部の動作の第１の変形例を示すフローチャート 図１に示す車載充電装置の充電動作における制御部の動作の第２の変形例を示すフローチャート

本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の電力変換装置における問題点を簡単に説明する。特許文献１に開示された故障診断装置は、電力変換装置の故障診断を行っているものの入力電流センサの異常を意図するものではない。

また、充電ケーブルを介した充電設備からの入力電流が許容電流値を超えないように制御を行う電力変換装置ではない。そのため、入力電流センサの異常により充電ケーブルに過電流が流れるという問題は生じ得ない。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態の車載充電装置１００の構成例を示す図である。

車載充電装置１００は車両ＶＥに搭載され、制御部１０、電力変換部１１、入力電流センサ１２、入力電圧センサ１３、出力電流センサ１４、出力電圧センサ１５、接続コネクタ１６を有する。また、車両ＶＥには、図１に示すように車載充電装置１００の他にメインリレー４１，４２、高圧バッテリ４３、低圧バッテリ４４が搭載される。車載充電装置１００は、充電ケーブル２００を介して外部電源３００に接続され、外部電源３００の供給する交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ４３を充電する。

［車載充電装置１００の各構成の説明］
制御部１０は、交流電力とともに、後述する充電ケーブル２００から送信（供給）されるパルス信号であるコントロールパイロット信号（以下、パイロット信号）を受信し、これに基づいて下記説明する車載充電装置１００の各構成の動作を制御し、高圧バッテリ４３の充電を行う。制御部１０は、例えばマイクロコントローラにより構成される。制御部１０は、低圧バッテリ４４から供給される電力により動作する。

また、制御部１０は図示しない抵抗回路を有し、充電ケーブル２００から送信されるパイロット信号の電位（波高値）をこの抵抗回路を用いて操作することにより、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１を遠隔制御することができる。制御部１０によるコントロールパイロット回路２１の遠隔制御についての詳細は後述する。

電力変換部１１は、制御部１０の制御に基づいて、充電ケーブル２００を介して外部電源３００から供給された交流（ＡＣ）電力を直流（ＤＣ）電力に変換する電力変換動作を行う。また、電力変換部１１は、必要に応じて、電力変換動作により変換した直流電力を、高圧バッテリ４３を充電するのに好適な電圧に変圧する。具体的には、電力変換部１１は、力率改善回路を有するＡＣ／ＤＣコンバータおよび絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成され得る。ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータが有するスイッチング素子が制御部１０によって制御されることにより電力変換動作が行われ、交流電力が好適な直流電力に変換される。

入力電流センサ１２は、充電ケーブル２００を介して外部電源３００から供給される交流電力の電流値ＡＣ＿Ｉを測定する。

入力電圧センサ１３は、充電ケーブル２００を介して外部電源３００から供給される交流電力の電圧値ＡＣ＿Ｖを測定する。

出力電流センサ１４は、電力変換部１１において変換されて出力される直流電力の電流値ＤＣ＿Ｉを測定する。

出力電圧センサ１５は、電力変換部１１において変換されて出力される直流電力の電圧値ＤＣ＿Ｖを測定する。

接続コネクタ１６は、車載充電装置１００側に設けられたコネクタであり、充電ケーブル２００の接続コネクタ２２と嵌合できるように構成される。接続コネクタ１６は、充電ケーブル２００の接続コネクタ２２と嵌合されたときには、嵌合されたことを示す嵌合信号を制御部１０に出力する。

車両ＶＥに搭載される他の構成についてもここで説明する。メインリレー４１，４２は、制御部１０の制御に基づき開閉されるスイッチであり、オン／オフに応じて電力変換部１１で変換された直流電力の供給をオン／オフする。なお、メインリレー４１，４２は、車両ＶＥ全体の制御を行う、図示しない車両制御部によってオン／オフされてもよい。

高圧バッテリ４３は、車両ＶＥに搭載される図示しないモータを回転駆動させるための電力を蓄電する蓄電池であり、上述した電力変換部１１の出力した直流電力により充電される。高圧バッテリ４３は、例えばリチウムイオン電池等を直列に多数接続することで高圧（例えば３００Ｖから５００Ｖ等）としたものである。

低圧バッテリ４４は、上述した制御部１０や車両ＶＥに搭載されたその他の構成等を動作させるための蓄電池である。

なお、本実施の形態ではメインリレー４１，４２、高圧バッテリ４３、低圧バッテリ４４を車載充電装置１００と独立した構成として示したが、これらの構成要素のうちのいずれか１つまたは複数の構成要素は車載充電装置１００に含まれてもよい。

［充電ケーブル２００］
充電ケーブル２００は、車両ＶＥの車載充電装置１００と外部電源３００とを接続するケーブルである。充電ケーブル２００は、例えばＳＡＥ Ｊ１７７２規格に準拠したケーブルである。充電ケーブル２００は、コントロールパイロット回路２１、接続コネクタ２２，２３、スイッチＳＷ１を有する。

コントロールパイロット回路２１は、充電ケーブル２００が車載充電装置１００および外部電源３００と接続され、外部電源３００から電力の供給を受けると、パイロット信号と称されるパルス信号を車載充電装置１００に送信する。パイロット信号は、所定の周波数で発振するパルス信号であり、当該パルス信号のデューティ比が許容電流値Ｉｍａｘ（定格電流）を表している。なお、パイロット信号は充電ケーブル２００の予め定められた許容電流値Ｉｍａｘ（定格電流）を車両ＶＥの制御部１０に通知する信号であればどのようなものでもよい。

また上述したように、パイロット信号の電位は車載充電装置１００の制御部１０により操作される。例えば、充電ケーブル２００が車載充電装置１００と接続されていないときのパイロット信号の電位は、所定の電位Ｖ１（例えば１２Ｖ）である。充電ケーブル２００の接続コネクタ２２が車載充電装置１００の接続コネクタ１６と接続されると、車載充電装置１００の制御部１０の図示しない抵抗回路によって、パイロット信号の電位が所定の電位Ｖ２（例えば９Ｖ）に下がる。さらに、車載充電装置１００における充電の準備が完了すると、車載充電装置１００の制御部１０は図示しない抵抗回路をさらに作動させ、パイロット信号の電位を所定の電位Ｖ３（例えば６Ｖ）に下げる。

ここで、充電ケーブル２００のスイッチＳＷ１は、車載充電装置１００と外部電源３００との接続をオン／オフするスイッチであり、コントロールパイロット回路２１により制御される。コントロールパイロット回路２１は、パイロット信号の電位を図示しない電位センサにより検知し、検知した電位が所定の電位Ｖ３であった場合には、スイッチＳＷ１をオンにする。これにより、外部電源３００から供給される交流電力が、車載充電装置１００に供給される。なお、コントロールパイロット回路２１は、検知したパイロット信号の電位が所定の電位Ｖ３以外である場合には、スイッチＳＷ１をオフにする。これにより、充電ケーブル２００と車載充電装置１００、および充電ケーブル２００と外部電源３００が確実に接続されており、かつ車載充電装置１００の充電の準備が完了した場合のみ、車載充電装置１００と外部電源３００とを接続させることができる。

接続コネクタ２２は、充電ケーブル２００と車載充電装置１００とを接続するためのコネクタであり、上述した車載充電装置１００の接続コネクタ１６と嵌合する。

接続コネクタ２３は、充電ケーブル２００と外部電源３００とを接続するためのコネクタである。

［外部電源３００］
外部電源３００は、電源３１、接続コネクタ３２を有する。電源３１は、例えば商用系統電源であり、１００Ｖまたは２００Ｖの交流電源である。接続コネクタ３２は、外部電源３００側に設けられたコネクタであり、充電ケーブル２００の接続コネクタ２３と嵌合できるように構成される。

［車載充電装置１００の充電動作］
次に、車載充電装置１００の充電動作について詳細に説明する。図２は、車載充電装置１００の充電動作における制御部１０の動作例について説明するためのフローチャートである。なお、車載充電装置１００の充電動作において、制御部１０は入力電流センサ１２による入力電流値ＡＣ＿Ｉ、入力電圧センサ１３による入力電圧値ＡＣ＿Ｖ、出力電流センサ１４による出力電流値ＤＣ＿Ｉ、出力電圧センサ１５による出力電圧値ＤＣ＿Ｖを常に監視している。

（ステップＳＴ１）
ステップＳＴ１では、制御部１０は、車載充電装置１００の接続コネクタ１６に充電ケーブル２００の接続コネクタ２２が嵌合されたことを示す嵌合信号を接続コネクタ１６から受信したか否かを判定する。制御部１０が嵌合信号を受信していない場合は、本ステップＳＴ１が繰り返され、制御部１０が嵌合信号を受信した場合は、制御はステップＳＴ２に進む。

（ステップＳＴ２）
ステップＳＴ２では、制御部１０は、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１からパイロット信号を受信したか否かを判定する。制御部１０がパイロット信号を受信していない場合は、本ステップＳＴ２が繰り返され、制御部１０がパイロット信号を受信した場合は、制御はステップＳＴ３に進む。

（ステップＳＴ３）
ステップＳＴ３では、制御部１０は、充電ケーブル２００に対して、交流電力の供給開始を要求する。具体的には、制御部１０は充電ケーブル２００から受信したパイロット信号の電位が所定の電位Ｖ３となるように、上述した抵抗回路を動作させる。これに応じて、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１がスイッチＳＷ１をオンにする。これにより、充電ケーブル２００により外部電源３００と車載充電装置１００とが接続され、外部電源３００の電源３１からの交流電力が充電ケーブル２００を介して車載充電装置１００に入力される。

（ステップＳＴ４）
ステップＳＴ４では、制御部１０は、外部電源３００からの交流電力が入力されているか否かを判定する。当該判定は、入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値以上か否かによって行えばよい。入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値未満の場合は、本ステップＳＴ４が繰り返され、入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値以上の場合は、制御はステップＳＴ５に進む。

（ステップＳＴ５）
ステップＳＴ５では、制御部１０は、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１から受信するパイロット信号を参照して、充電ケーブル２００の許容電流値Ｉｍａｘの情報を確認し、充電時、すなわち電力変換部１１による交流電力の直流電力への変換動作における入力電流値の上限値Ｉｌｉｍ１を当該許容電流値Ｉｍａｘに設定する。なお、パイロット信号から取得する許容電流値Ｉｍａｘが充電中に変更された場合、制御部１０は随時、新しく取得した許容電流値Ｉｍａｘを上限値Ｉｌｉｍ１に設定する。

（ステップＳＴ６）
ステップＳＴ６では、制御部１０は、外部電源３００から入力された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作を電力変換部１１に開始させる。

（ステップＳＴ７）
ステップＳＴ７では、制御部１０は、電力変換部１１の電力変換動作において、入力電流値がステップＳＴ５において設定した上限値Ｉｌｉｍ１、あるいは、後述するステップＳＴ１３において設定する上限値Ｉｌｉｍ２、あるいは、後述するステップＳＴ１５において設定する上限値Ｉｌｉｍ３を超えないように電力変換部１１を制御する。

（ステップＳＴ８）
ステップＳＴ８では、制御部１０は、充電動作が完了したか否かの判定を行う。当該判定は、例えば高圧バッテリ４３の図示しないバッテリ監視センサが演算したＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：電池残量）が所定値以上となったか否かに基づいて行えばよい。制御部１０は、ＳＯＣが所定値以上となった場合には車載充電装置１００の充電動作が完了したと判定し、そうでない場合は完了していないと判定する。本ステップＳＴ８において充電動作が完了したと制御部１０が判定した場合は、制御はステップＳＴ１６に進み、そうでない場合、制御はステップＳＴ９に進む。

ステップＳＴ９では、制御部１０は、入力電流センサ１２による入力電流値ＡＣ＿Ｉ、入力電圧センサ１３による入力電圧値ＡＣ＿Ｖ、出力電流センサ１４による出力電流値ＤＣ＿Ｉ、出力電圧センサ１５による出力電圧値ＤＣ＿Ｖに基づいて、電力変換部１１の電力変換効率ηを算出する。当該算出は、例えば以下の式（１）を使用して行う。

（ステップＳＴ１０）
ステップＳＴ１０では、制御部１０は、ステップＳＴ９において算出した電力変換効率ηが所定の範囲内にあるか否かを判定する。所定の範囲とは、例えば０．８＜η＜１．０の範囲である。一般的な電力変換部１１の電力変換効率は約０．９であり、電力変換効率ηが０．８未満である場合は、効率が低すぎるため制御部１０は異常であると判定する。また、電力変換効率ηが１．０を超える場合は明らかに異常である。電力変換効率ηが当該所定の範囲内にある場合は、制御はステップＳＴ１４に進み、当該範囲内にない場合は、制御はステップＳＴ１１に進む。

（ステップＳＴ１１）
ステップＳＴ１１では、制御部１０は、異常が起きていることを上位の車両制御部（図示せず）またはユーザに通知する。ここで、制御部１０には異常がどの部位に生じているかは判断できない。異常が生じている可能性がある箇所は、電力変換部１１、入力電流センサ１２、入力電圧センサ１３、出力電流センサ１４、出力電圧センサ１５のいずれかである。従って、制御部１０は、例えば車両ＶＥの所定の位置に設けられた、図示しない充電異常ランプを点灯させることにより、ユーザに異常を通知する。充電異常ランプは、何らかの理由により正常な充電動作を行うことができない、ということを意味する通知手段であり、どこが異常であるかの通知は行わない。なお、充電異常ランプは、例えば車両のメータパネル、センターコンソール、ダッシュボード等に設けられればよい。

（ステップＳＴ１２）
ステップＳＴ１２では、制御部１０は、ステップＳＴ１０において判定した電力変換効率ηが、１．０を超える異常であるか否かを判定する。電力変換効率ηが１．０を超える異常は、式（１）から、入力電流値ＡＣ＿Ｉあるいは入力電圧値ＡＣ＿Ｖが実際よりも小さく計測されているか、または、出力電流値ＤＣ＿Ｉあるいは出力電圧値ＤＣ＿Ｖが実際よりも大きく計測されているか、のいずれかである。

ここで、入力電圧値ＡＣ＿Ｖが実際よりも小さく計測されている場合、または、出力電流値ＤＣ＿Ｉあるいは出力電圧値ＤＣ＿Ｖが実際よりも大きく計測されている場合は、異常ではあるものの、充電ケーブル２００が過電流により発熱する等の事態が生じる可能性は小さいと考えられる。その理由は以下の通りである。入力電圧値ＡＣ＿Ｖが実際よりも小さく計測されている場合、入力電圧値ＡＣ＿Ｖは外部電源３００の電源３１の電圧に依存し一定であるため、入力電圧の計測値が間違っているというだけであって、他の部位に影響はない。また、出力電流値ＤＣ＿Ｉあるいは出力電圧値ＤＣ＿Ｖが実際よりも大きく計測されている場合、実際の出力値は計測値よりも小さいので、高圧バッテリ４３への充電効率が通常時よりも悪くなることはあっても、過電流による発熱等の虞はない。

一方、入力電流値ＡＣ＿Ｉが実際よりも小さく計測されている場合は、実際には計測値よりも大きな電流が充電ケーブル２００を流れることになる。ここで実際に流れる電流が充電ケーブル２００の許容電流値Ｉｍａｘを超えてしまうと、発熱等の虞がある。

以上のことから、本実施の形態の車載充電装置１００は、電力変換効率ηが１．０を超える異常が生じた場合には、起きたときの危険性が最も高い、入力電流値ＡＣ＿Ｉが実際よりも小さく計測されている場合を想定してその対処を行う。すなわち、車載充電装置１００は、電力変換効率ηが１．０を超える異常が生じた場合には、入力電流値を抑える動作を行う。入力電流値を抑える動作の詳細については、後述するステップＳＴ１３において説明する。

本ステップＳＴ１２において、電力変換効率ηが１．０を超える異常である場合、制御はステップＳＴ１３に進み、そうでない場合、すなわち電力変換効率ηが０．８未満である場合、制御はステップＳＴ８に戻る。ここで、ステップＳＴ８に戻る理由は以下の通りである。電力変換効率ηが０．８未満である場合において、その異常の原因が入力電流センサの異常である場合、入力電流センサ１２が入力電流値ＡＣ＿Ｉを実際より大きく計測していることになる。そのため、制御部１０が入力電流センサ１２の計測値が許容電流値を超えないように制御している限り、実際の入力電流も許容電流値Ｉｍａｘを超えることはない。また、電力変換効率ηが０．８未満である場合において、その異常の原因が入力電流センサ１２の異常でない場合は、入力電流センサ１２は正常に動作しているため、入力電流センサ１２の計測値が許容電流値を超えないように制御している限り、入力電流値が許容電流値Ｉｍａｘを超えることはない。これらのことから、電力変換効率ηが０．８未満である場合には、制御部１０は充電を継続しても危険はないと判断して充電を継続し、ステップＳＴ８における充電完了か否かの判定を行うためにステップＳＴ８に戻る。

（ステップＳＴ１３）
ステップＳＴ１３では、制御部１０は、入力電流値の上限値を、ステップＳＴ５において設定した上限値Ｉｌｉｍ１よりも小さい上限値Ｉｌｉｍ２に再設定する。再設定する上限値Ｉｌｉｍ２は、例えば以下の式（２）のように決定する。

ここでηｍｉｎは電力変換効率の実効効率最低値であり、例えば０．８とする。ここでの電力変換効率ηは１．０を超える値であるため、このように式（２）によれば、異常な値である現在の電力変換効率ηを変数として含む式を用いて上限値Ｉｌｉｍ２を決定している。このため、入力電流値ＡＣ＿Ｉに上限値Ｉｌｉｍ２を適用することにより、制御部１０は電力変換効率ηが大きくなるほど入力電流値ＡＣ＿Ｉが小さくなるように電力変換部１１を制御することができる。制御部１０が上限値を新たな上限値Ｉｌｉｍ２に設定した後、制御はステップＳＴ７に戻る。

（ステップＳＴ１４）
ステップＳＴ１０において、電力変換効率ηが所定の範囲内にあると判定された場合、本ステップＳＴ１４において、制御部１０は上限値がＩｌｉｍ１からＩｌｉｍ２に変更済みであるか否かを判定する。ここで上限値がＩｌｉｍ１からＩｌｉｍ２に変更済みである場合とは、一度ステップＳＴ１２において電力変換効率ηが１．０を超える異常と判定され、ステップＳＴ１３における上限値の再設定が行われ、ステップＳＴ７に戻って新たな上限値Ｉｌｉｍ２が適用された場合である。すなわち、本ステップＳＴ１３では、充電開始（ステップＳＴ６）から現在までに一度でも異常が検知されたか否かを判定している。上限値がＩｌｉｍ１からＩｌｉｍ２に変更済みであると判定された場合は、制御はステップＳＴ１５に進み、そうでない場合は、制御はステップＳＴ７に戻る。

（ステップＳＴ１５）
ステップＳＴ１５では、制御部１０は、入力電流値の上限値を、下記の式（３）で与えられる上限値Ｉｌｉｍ３に設定する。

本ステップＳＴ１５は、ステップＳＴ１４において充電開始から現在までに一度以上の異常が検知された後に電力変換効率ηが正常範囲内に戻った場合、すなわち、入力電流値に既にステップＳＴ１３において再設定された上限値Ｉｌｉｍ２が適用された後に電力変換効率ηが０．８＜η＜１．０の範囲内に戻った場合に実行されるものである。上記式（３）によって与えられる上限値Ｉｌｉｍ３は、上限値Ｉｌｉｍ２よりは大きいものの許容電流値より小さい値である。電力変換効率ηが正常範囲内に戻ったとしても、一度異常と判断しているため、上限値をＩｌｉｍ１ではなくＩｌｉｍ３に再度設定することにより、上限値Ｉｌｉｍ２よりも上限を上げつつも安全に充電動作を継続することができるようになる。

（ステップＳＴ１６）
ステップＳＴ１６では、ステップＳＴ８において充電動作が完了したと判定された場合、制御部１０は充電動作を停止する。

（ステップＳＴ１７）
ステップＳＴ１７では、制御部１０は、充電ケーブル２００に対して、交流電力の供給停止を要求する。具体的には、制御部１０は充電ケーブル２００から受信したパイロット信号の電位が所定の電位Ｖ３とならないように、上述した抵抗回路の作動を停止させる。これに応じて、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１がスイッチＳＷ１をオフにする。これにより、充電ケーブル２００により外部電源３００と車載充電装置１００との接続が解除され、外部電源３００の電源３１からの交流電力が車載充電装置１００に入力されなくなる。

以上説明したように、本実施の形態の車載充電装置１００では、入力電流値が許容電流値Ｉｍａｘを超えないように電力変換部１１を制御する制御部１０を有する。制御部１０は、入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧、および、電力変換部１１の電力変換効率ηに基づき車載充電装置１００の異常を検出することにより、常に入力電流を許容電流値Ｉｍａｘ近傍まで引き込むことができ、出力電力を可能な限り大きくすることができる。このため、本実施の形態の車載充電装置１００によれば、高圧バッテリ４３の充電時間の短縮をはかりつつも、異常を適切に診断することで、充電ケーブル２００に許容電流値Ｉｍａｘを超す過電流が流れることを防止できる。

また、本実施の形態の車載充電装置１００は、電力変換効率ηが１．０を超えた場合に、安全のために入力電流値を抑える動作を行う。ここで、制御部１０は入力電流値が上述した式（２）で与えられる上限値Ｉｌｉｍ２となるように電流制御を行う。入力電流値に上限値Ｉｌｉｍ２を適用することにより、車載充電装置１００の異常により充電ケーブル２００を流れる虞がある過電流をキャンセルすることができ、異常を検知した後も充電を継続しても、充電動作時の安全が確保される。従って、車載充電装置１００は、異常を検知した場合でも、入力電流値が充電ケーブル２００の許容電流値Ｉｍａｘを超えないように抑えて充電を継続することができる。これにより、異常が検知された場合に充電が停止してしまい、充電が完了する時間になっても全く充電されていない、という事態を回避することができる。

また、一度異常が検知された後に異常の判定がされない場合（ステップＳＴ１４におけるＹＥＳ）でも、制御部１０は、入力電流値に上限値Ｉｌｉｍ２より大きいが許容電流値Ｉｍａｘより小さい上限値Ｉｌｉｍ３を適用するので、より安全に充電動作を継続できる。

＜＜変形例＞＞
上記説明した実施の形態の車載充電装置１００では、電力変換効率ηが１．０を超えた場合に入力電流値を抑える動作として、制御部１０が入力電流値を電力変換効率と許容電流値とから算出される上限値Ｉｌｉｍ２とする制御を行っていた。しかし、電力変換効率ηが１．０を超えた場合の入力電流値を抑える動作における上限値の決定方法は上述した方法のみならず、他の方法を用いてもよい。以下では他の方法の例について説明する。

＜変形例１＞
図３は、本実施の形態の車載充電装置１００の充電動作における制御部１０の動作の第１の変形例を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、ステップＳＴ１３ａの上限値を再設定するステップを除いて、図２に示すフローチャートと同様である。従って、以下では当該ステップＳＴ１３ａ以外のステップにおける動作の説明を省略し、ステップＳＴ１３ａの動作について説明する。

（ステップＳＴ１３ａ）
ステップＳＴ１３ａでは、制御部１０は、入力電流値の上限値を、ステップＳＴ５において設定した上限値Ｉｌｉｍ１よりも小さい上限値Ｉｌｉｍ４に再設定する。再設定する上限値Ｉｌｉｍ４は、例えば以下の式（４）のように決定する。

すなわち、本変形例１では、制御部１０は上限値を許容電流値Ｉｍａｘの半分に設定する。そして、本ステップの後のステップＳＴ７において、制御部１０は入力電流値に上限値Ｉｌｉｍ４を適用する。これにより、入力電流値に許容電流値Ｉｍａｘより大幅に小さい上限値Ｉｌｉｍ４が適用される。このため、例え入力電流センサ１２に異常があり実際の入力電流が入力電流センサ１２の測定値よりも大きな値であったとしても、Ｉｌｉｍ４適用後の入力電流値は許容電流値Ｉｍａｘを超えず、充電動作時の安全が確保される。

＜変形例２＞
図４は、本実施の形態の車載充電装置１００の充電動作における制御部１０の動作の第２の変形例を示すフローチャートである。

（ステップＳＴ３１）
ステップＳＴ３１では、制御部１０は、車載充電装置１００の接続コネクタ１６に充電ケーブル２００の接続コネクタ２２が嵌合されたことを示す嵌合信号を接続コネクタ１６から受信したか否かを判定する。制御部１０が嵌合信号を受信していない場合は、本ステップＳＴ３１が繰り返され、制御部１０が嵌合信号を受信した場合は、制御はステップＳＴ３２に進む。

（ステップＳＴ３２）
ステップＳＴ３２では、制御部１０は、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１からパイロット信号を受信したか否かを判定する。制御部１０がパイロット信号を受信していない場合は、本ステップＳＴ３２が繰り返され、制御部１０がパイロット信号を受信した場合は、制御はステップＳＴ３３に進む。

（ステップＳＴ３３）
ステップＳＴ３３では、制御部１０は、充電ケーブル２００に対して、交流電力の供給開始を要求する。具体的には、制御部１０は充電ケーブル２００から受信したパイロット信号の電位が所定の電位Ｖ３となるように、上述した抵抗回路を動作させる。これに応じて、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１がスイッチＳＷ１をオンにする。これにより、充電ケーブル２００により外部電源３００と車載充電装置１００とが接続され、外部電源３００の電源３１からの交流電力が充電ケーブル２００を介して車載充電装置１００に入力される。

（ステップＳＴ３４）
ステップＳＴ３４では、制御部１０は、外部電源３００からの交流電力が入力されているか否かを判定する。当該判定は、入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値以上か否かによって行えばよい。入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値未満の場合は、本ステップＳＴ３４が繰り返され、入力電圧センサ１３による入力電圧値が所定値以上の場合は、制御はステップＳＴ３５に進む。

（ステップＳＴ３５）
ステップＳＴ３５では、制御部１０は、充電ケーブル２００のコントロールパイロット回路２１から受信するパイロット信号を参照して、充電ケーブル２００の許容電流値Ｉｍａｘの情報を確認し、充電時、すなわち電力変換部１１による交流電力の直流電力への変換動作における入力電流値の上限値Ｉｌｉｍ１を当該許容電流値Ｉｍａｘに設定する。なお、パイロット信号から取得する許容電流値Ｉｍａｘが充電中に変更された場合、制御部１０は随時、新しく取得した許容電流値Ｉｍａｘを上限値Ｉｌｉｍ１に設定する。

（ステップＳＴ３６）
ステップＳＴ３６では、制御部１０は、外部電源３００から入力された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作を電力変換部１１に開始させる。

（ステップＳＴ３７）
ステップＳＴ３７では、制御部１０は、現在の入力電流値が上限値ではなく最低値Ｉｍｉｎに設定されているか否かを判定する。最低値Ｉｍｉｎについては、後述するステップＳＴ４４において説明する。制御部１０が現在の入力電流値が最低値Ｉｍｉｎに設定されていると判定した場合、制御はステップＳＴ３９に進み、そうでない場合、制御はステップＳＴ３８に進む。なお、最低値Ｉｍｉｎに設定されていると判定した場合、制御部１０は、入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるように電力変換部１１を制御する。

（ステップＳＴ３８）
ステップＳＴ３８では、制御部１０は、電力変換部１１の電力変換動作において、入力電流値がステップＳＴ３５において設定した上限値Ｉｌｉｍ１、あるいは、後述するステップＳＴ４６において設定する上限値Ｉｌｉｍ３となるように電力変換部１１を制御する。

（ステップＳＴ３９）
ステップＳＴ３９では、制御部１０は、充電動作が完了したか否かの判定を行う。当該判定は、例えば高圧バッテリ４３のＳＯＣ（電池残量）が所定値以上となったか否かに基づいて行えばよい。制御部１０は、ＳＯＣが所定値以上となった場合には車載充電装置１００の充電動作が完了したと判定し、そうでない場合は完了していないと判定する。本ステップＳＴ３９において充電動作が完了したと制御部１０が判定した場合は、制御はステップＳＴ４７に進み、そうでない場合、制御はステップＳＴ４０に進む。

（ステップＳＴ４０）
ステップＳＴ４０では、制御部１０は、入力電流センサ１２による入力電流値ＡＣ＿Ｉ、入力電圧センサ１３による入力電圧値ＡＣ＿Ｖ、出力電流センサ１４による出力電流値ＤＣ＿Ｉ、出力電圧センサ１５による出力電圧値ＤＣ＿Ｖに基づいて、電力変換部１１の電力変換効率ηを算出する。当該算出は、図２に示すフローチャートのステップＳＴ９において説明した式（１）を用いて行えばよい。

（ステップＳＴ４１）
ステップＳＴ４１では、制御部１０は、ステップＳＴ３９において算出した電力変換効率ηが所定の範囲、例えば０．８＜η＜１．０の範囲内にあるか否かを判定する。電力変換効率ηが当該所定の範囲内にある場合は、制御はステップＳＴ４５に進み、当該範囲内にない場合は、制御はステップＳＴ４２に進む。

（ステップＳＴ４２）
ステップＳＴ４２では、制御部１０は、異常が起きていることを、充電異常ランプ等を用いてユーザに通知する。

（ステップＳＴ４３）
ステップＳＴ４３では、制御部１０は、ステップＳＴ４１において判定した電力変換効率ηが、１．０を超える異常であるか否かを判定する。電力変換効率ηが１．０を超える異常である場合、制御はステップＳＴ４４に進み、そうでない場合、制御はステップＳＴ３９に戻る。

（ステップＳＴ４４）
ステップＳＴ４４では、制御部１０は、入力電流値を、ステップＳＴ３５において設定した上限値Ｉｌｉｍ１よりも小さい最低値Ｉｍｉｎに設定する。最低値Ｉｍｉｎは、充電ケーブル２００の許容電流値Ｉｍａｘにおける最低の値である（最低値Ｉｍｉｎを下回る許容電流値Ｉｍａｘはない）。すなわち、入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるように制御することで充電動作時に充電ケーブル２００において過電流が流れる事態を確実に回避することができる。

（ステップＳＴ４５）
ステップＳＴ４１において、電力変換効率ηが所定の範囲内にあると判定された場合、本ステップＳＴ４５において、制御部１０は入力電流値が上限値Ｉｌｉｍ１から最低値Ｉｍｉｎへ変更済みであるか否かを判定する。すなわち、本ステップＳＴ４５では、充電開始（ステップＳＴ３６）から現在までに一度でも異常が検知されたか否かを判定している。変更済みであると判定された場合は、制御はステップＳＴ４６に進み、そうでない場合は、制御はステップＳＴ３７に戻る。

（ステップＳＴ４６）
ステップＳＴ４６では、制御部１０は、入力電流値の上限値を、上記の式（３）で与えられる上限値Ｉｌｉｍ３に設定する。

（ステップＳＴ４７）
ステップＳＴ４７では、ステップＳＴ３９において充電動作が完了したと判定された場合、制御部１０は充電動作を停止する。

（ステップＳＴ４８）
ステップＳＴ４８では、制御部１０は、充電ケーブル２００に対して、交流電力の供給停止を要求する。

このように、上述した変形例２においては、制御部１０は、異常を検知した場合、入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるように制御する。これにより、車載充電装置１００の充電動作時に充電ケーブル２００に流れる電流が過電流となる事態を確実に回避することができる。

また、車載充電装置の変形例２は、異常を検知した場合に、入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるように制御するが、入力電流センサ１２が異常である可能性があるため、入力電流センサ１２の計測値に基づく出力制御ではなく、入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるような出力電力の演算を行い、演算結果の出力電力となるように出力制御を行うことが好ましい。

具体的には、出力電力を、電源３１における最低電圧値（例えば１００Ｖ）、許容電流値Ｉｍａｘにおける最低値Ｉｍｉｎ（例えば６Ａ）、および、変換効率における最低値（例えば８０％）を掛け合わせた値とする。出力電力をこのように制御することにより、入力電流値を最低値Ｉｍｉｎ以下にすることができる。

さらに、正常と判断したことがある（ステップＳＴ４５のＮＯ）後に、異常を検知した場合には、出力電力を、正常時に検出した入力電圧値、許容電流値Ｉｍａｘにおける最低値Ｉｍｉｎ（例えば６Ａ）、および、変換効率における最低値（例えば８０％）を掛け合わせた値としてもよい。

また、入力電流センサ１２の計測値に基づいて入力電流値が最低値Ｉｍｉｎとなるように演算した出力電力と、上述のように演算した出力電力のうち、出力値が小さい方を採用した制御を行ってもよい。

以上説明したように、本実施の形態の車載充電装置１００は、電力変換部１１と、入力電流センサ１２と、入力電圧センサ１３と、出力電流センサ１４と、出力電圧センサ１５と、制御部１０とを有する。電力変換部１１は、交流電力を直流電力に変換する。入力電流センサ１２は、交流電源である外部電源３００からの交流電力の入力電流を検知し、入力電圧センサ１３は、外部電源３００からの入力電圧を検知する。出力電流センサ１４は、電力変換部１１からの出力電流を検知し、出力電圧センサ１５は、電力変換部１１からの出力電圧を検知する。制御部１０は、外部電源３００から引き込める交流電力の許容電流値を取得し、入力電流センサ１２が検出する入力電流値に基づき、入力電流値が許容電流値を超えないように電力変換部１１を制御する。また、制御部１０は、入力電流、入力電圧、出力電流、出力電圧、および、電力変換部１１の電力変換効率に基づき車載充電装置１００の異常を検出する。

これにより、充電時間を短縮しつつ、入力電流センサに異常が生じた場合でもその異常を検知することができるとともに、入力電流値が許容電流値を超えないように電流制御を行うことができる。

また、本実施の形態の車載充電装置１００は、入力電流値ＡＣ＿Ｉと入力電圧値ＡＣ＿Ｖに基づく入力電力と、出力電流値ＤＣ＿Ｉと出力電圧値ＤＣ＿Ｖに基づく出力電力と、に基づき実際の電力変換効率ηを算出し、当該電力変換効率ηが所定の範囲内にあるか否かに応じて異常を検出する。これにより、容易かつ確実に車載充電装置１００の異常を検知することができる。

また、所定の電力変換効率、例えば、効率の最大値である１．０よりも、算出した実際の電力変換効率ηの方が大きい場合（１．０＜η）は、車載充電装置１００に異常が生じていると判断し、高圧バッテリ４３に供給する電力を低下させるように電力変換部１１を制御する。また、所定の電力変換効率、例えば、通常の効率（約０．９）より小さい値（例えば０．８）よりも、算出した実際の電力変換効率ηの方が小さい場合（η＜０．８）は、１．０＜ηの場合よりも高い電力を高圧バッテリ４３に供給する。

これにより、車載充電装置１００に異常が検知されたとしても、正常時よりも小さい電力ではあるが、高圧バッテリ４３への充電を継続することができる。このため、車載充電装置の異常を検知した場合に充電が停止されてしまうことにより、充電完了予定時刻になっても、充電時に異常が検知されたため全く充電がなされていない、という事態を回避することができる。

また、本実施の形態の車載充電装置１００によれば、効率の最大値である１．０よりも、算出した実際の電力変換効率ηの方が大きい場合（１．０＜η）に、制御部１０は、上述した式（２）を用いて上限値Ｉｌｉｍ２を決定し入力電流値ＡＣ＿Ｉに上限値Ｉｌｉｍ２を適用することにより、実際の電力変換効率ηが大きくなるほど入力電流値が小さくなるように電力変換部１１を制御することができる。

上述した本実施の形態の車載充電装置１００は、本発明の一例であり、本発明はこれには限定されない。本発明は上述した実施の形態以外にも、種々の変形をとることができる。

例えば、上述した実施の形態では、入力電流値ＡＣ＿Ｉと入力電圧値ＡＣ＿Ｖとの積、すなわち入力電力と、出力電流値ＤＣ＿Ｉと出力電圧値ＤＣ＿Ｖとの積、すなわち出力電力と、の比である電力変換効率ηを用いて車載充電装置１００が異常であるか否かの判定を行っている。

しかし、本発明はこれには限定されず、例えば予め電力変換効率η０を規定しておき、逐次計測する入力電力と規定の電力変換効率η０との積を逐次計測する出力電力と比較し、入力電力と規定の電力変換効率η０との積が出力電力と異なっている、あるいは出力電力を中央値とする所定の範囲外である場合に異常であると判定してもよい。また、反対に、逐次計測する出力電力と規定の電力変換効率η０とを用いて計算上の入力電力を算出し、逐次計測する入力電力と算出した入力電力とを比較して異常か否かを判定するようにしてもよい。

その他にも、例えば予め電力変換効率η０を規定しておき、入力電流値ＡＣ＿Ｉ、入力電圧値ＡＣ＿Ｖ、出力電流値ＤＣ＿Ｉ、および、出力電圧値ＤＣ＿Ｖに基づく実際の電力変換効率ηと所定の電力変換効率η０との差分を算出し、当該差分が所定値以上である場合に異常であると判定してもよい。

また、上述した実施の形態では、全く充電がなされていないという事態を回避するために、異常時には入力電流値（ひいては出力電力）を低下させるように制御を行ったが、安全性を考慮して異常時に給電を停止させる制御を行ってもよい。

また、算出した実際の電力変換効率ηが大きい場合（１．０＜η）には、給電を停止させる制御を行い、算出した実際の電力変換効率ηの方が小さい場合（η＜０．８）には、入力電流抑制を行うようにしてもよい。また、電力変換効率ηが所定の範囲内にない場合（例えば０．８＜η＜１．０）、電力変換効率ηが大きい・小さいに関わらず、上限値Ｉｌｉｍ２、上限値Ｉｌｉｍ３、または、最低許容電流値でバッテリに給電させてもよい。

本発明は、電気自動車に普通充電を行う車載充電装置の電力変換装置に好適である。

１００ 車載充電装置
１０ 制御部
１１ 電力変換部
１２ 入力電流センサ
１３ 入力電圧センサ
１４ 出力電流センサ
１５ 出力電圧センサ
１６ 接続コネクタ
２１ コントロールパイロット回路
２２，２３，３２ 接続コネクタ
３１ 電源
４１，４２ メインリレー
４３ 高圧バッテリ
４４ 低圧バッテリ
２００ 充電ケーブル
３００ 外部電源

Claims (4)

1. 交流電力を直流電力に変換し負荷に供給する電力変換装置であって、
   前記交流電力の入力電流値を検知する入力電流センサと、
   前記交流電力の入力電圧値を検知する入力電圧センサと、
   入力された前記交流電力を前記直流電力に変換する電力変換部と、
   前記電力変換部からの出力電流値を検知する出力電流センサと、
   前記電力変換部からの出力電圧値を検知する出力電圧センサと、
   引き込める前記交流電力の許容電流値を取得し、前記入力電流センサが検出する入力電流値に基づき、前記入力電流値が前記許容電流値を超えないように前記電力変換部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記入力電流値、前記入力電圧値、前記出力電流値、前記出力電圧値、および、前記電力変換部の電力変換効率に基づき前記電力変換装置の異常を検出し、
   前記制御部は、所定の電力変換効率よりも、前記入力電流値、前記入力電圧値、前記出力電流値、及び前記出力電圧値に基づいて算出した電力変換効率の方が大きい場合、前記算出した電力変換効率が大きくなるほど入力電流値が小さくなるように前記電力変換部を制御する、
   電力変換装置。
2. 前記制御部は、前記交流電力とともに供給されるパイロット信号に基づき、前記許容電流値を取得する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記電力変換装置の異常を検出した場合、前記電力変換部を制御して、前記負荷に供給する電力を低下させる、
   請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、
   前記所定の電力変換効率よりも前記算出した電力変換効率の方が小さい場合、前記電力変換部を制御して、前記算出した電力変換効率が前記所定の電力変換効率よりも大きい場合に比べて、大きな電力を前記負荷に供給する、
   請求項１乃至３に記載の電力変換装置。

Images