JP7204367B2 - 車両用電力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用電力制御装置に関する。

一般に、ハイブリッド電気自動車や純粋な電気自動車は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の多数の二次電池が接続されてなる蓄電装置を備える（例えば特許文献１参照）。蓄電装置は、温度が低下すると充放電特性が悪化するため、電池の温度が低い場合に、交流電流を蓄電装置に印加することにより、蓄電装置を昇温する装置が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００９－２９６８４７号公報 特開平１１－３２９５１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用電力制御装置では、平滑用のコンデンサが蓄電装置と並列に接続されるが、このコンデンサのインピーダンスは、蓄電装置のインピーダンスよりも低い。このため、例えば特許文献１に記載の車両の電力制御装置において、特許文献２に記載されているように、蓄電装置の両端に交流印加回路を接続した場合、交流電流は、主にインピーダンスの低いコンデンサに流れてしまい、蓄電装置に十分な交流電流を流すことが難しい。

本発明の一態様である車両用電力制御装置は、複数の蓄電素子が直列接続されてなる蓄電装置と、蓄電装置に並列に接続されるコンデンサと、蓄電装置及びコンデンサに接続される電力変換装置と、交流電流を蓄電装置に印加する交流印加回路と、を備える。交流印加回路は、蓄電装置を構成する複数の蓄電素子間の一箇所に接続される第１接続部と、第１接続部とは異なる位置であって蓄電装置を構成する複数の蓄電素子間の一箇所に接続される第２接続部と、を有し、交流印加回路は、第１接続部と第２接続部との間の蓄電素子の直列数が、蓄電装置を構成する蓄電素子の総直列数の１／２となるように蓄電装置に接続される。

本発明によれば、交流電流が、蓄電装置に並列に接続されるコンデンサに集中して流れてしまうことを抑制することができ、蓄電装置に十分な交流電流を供給することができる。

本発明の実施形態に係る車両用電力制御装置を搭載した電気自動車の概略構成を示す電気回路図。 図１の交流電源の構成を示す電気回路図。 図１の蓄電装置に印加される交流電流について説明する図。 図１の二次回路に供給される電流波形の一例を示す図。 図１の第１分割蓄電部を流れる電流波形の一例を示す図。 図１の第２分割蓄電部を流れる電流波形の一例を示す図。 図１の第１比較例を示す電気回路図。 図１の第２比較例を示す電気回路図。 交流印加回路の接続形態の第１変形例を示す電気回路図。 交流印加回路の接続形態の第２変形例を示す電気回路図。 交流印加回路の接続形態の第３変形例を示す電気回路図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る車両用電力制御装置は、回転電機のみによって走行する純粋な電気自動車や、エンジンと回転電機の双方によって駆動されるハイブリッド型の電気自動車等に適用できる。以下ではハイブリッド型の電気自動車に適用した例について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用電力制御装置１００を搭載した電気自動車の概略構成を示す電気回路図である。図１に示すように、ハイブリッド型の電気自動車（以下、車両）は、エンジン（不図示）と、第１の回転電機１９０Ａと、第２の回転電機１９０Ｂと、車両用電力制御装置１００と、を備える。車両用電力制御装置１００は、複数の蓄電素子が接続されてなる蓄電装置１１０と、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１と、蓄電装置１１０及びコンデンサ１３１に接続される電力変換装置１５０と、交流電流を蓄電装置１１０に印加する交流印加回路１２０と、を備える。第１の回転電機１９０Ａ及び第２の回転電機１９０Ｂは、同様の構成であるので、総称して回転電機１９０とも記す。回転電機１９０は、たとえば、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。

蓄電装置１１０は、蓄電素子としてのリチウムイオン電池あるいはニッケル水素電池などの二次電池を複数有し、２５０ボルトから６００ボルト、あるいはそれ以上の高電圧の直流電力を出力する。蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子は、直列に接続される。蓄電装置１１０は、力行走行時には回転電機１９０に電力を供給し（放電）、回生走行時には回転電機１９０から電力を受ける（充電）。蓄電装置１１０と回転電機１９０との間の電力の授受は、電力変換装置１５０を介して行われる。

蓄電装置１１０の正極は、正極側の電源ラインである正極線ＰＬ１に接続される。蓄電装置１１０の負極は、負極側の電源ラインである負極線ＮＬ１に接続される。正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間には、コンバータ１５３の蓄電装置１１０側の電圧、すなわち昇圧前電圧を平滑化する平滑用のコンデンサ１３１が設けられる。コンデンサ１３１は、正極線ＰＬ１及び負極線ＮＬ１に接続される。コンデンサ１３１は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

電力変換装置１５０は、コントローラ１８０からのトルク指令に基づき、指令通りのトルク出力あるいは発電電力が発生するように回転電機１９０を制御する。電力変換装置１５０は、第１の回転電機１９０Ａのための第１のインバータ１５１Ａと、第２の回転電機１９０Ｂのための第２のインバータ１５１Ｂと、コンバータ１５３と、を備える。第１のインバータ１５１Ａ及び第２のインバータ１５１Ｂは、同様の構成であるので、総称してインバータ１５１とも記す。

コンバータ１５３は、正極線ＰＬ１及び負極線ＮＬ１と、正極側の電源ラインである正極線ＰＬ２及び負極側の電源ラインである負極線ＮＬ２との間に設けられ、正極線ＰＬ１，ＰＬ２及び負極線ＮＬ１，ＮＬ２に接続される。正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間には、平滑用のコンデンサ１３２が設けられる。コンデンサ１３２は、正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２に接続される。コンデンサ１３２は、コンバータ１５３によって昇圧された電圧を平滑化する。

第１のインバータ１５１Ａは、正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２と第１の回転電機１９０Ａとの間に設けられ、正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２、第１の回転電機１９０Ａに接続される。第２のインバータ１５１Ｂは、正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２と第２の回転電機１９０Ｂとの間に設けられ、正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２、第２の回転電機１９０Ｂに接続される。

コンバータ１５３は、リアクトル５３と、上アームを構成するパワー半導体素子Ｑ１及びダイオードＤ１と、下アームを構成するパワー半導体素子Ｑ２及びダイオードＤ２と、を備える。上アーム及び下アームは直列に接続される。

リアクトル５３の一方端は正極線ＰＬ１に接続され、他方端はパワー半導体素子Ｑ１とパワー半導体素子Ｑ２との中間点、すなわち、パワー半導体素子Ｑ１のエミッタ電極とパワー半導体素子Ｑ２のコレクタ電極との間に接続される。

本実施形態では、パワー半導体素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いている。ＩＧＢＴは、コレクタ電極、エミッタ電極およびゲート電極の３つの電極を備える。上アームのパワー半導体素子Ｑ１のコレクタ電極は正極線ＰＬ２に接続され、下アームのパワー半導体素子Ｑ２のエミッタ電極は負極線ＮＬ１，ＮＬ２に接続される。各パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２のコレクタ電極とエミッタ電極との間には、エミッタ電極側からコレクタ電極側へ電流を流すダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ配置されている。なお、パワー半導体素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体型電界効果トランジスタ）を用いてもよい。

インバータ１５１は、三相ブリッジ回路を備えており、三相に対応した直列回路がそれぞれ正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２に並列に接続される。第１のインバータ１５１Ａは、Ｕ相アーム１６１Ａと、Ｖ相アーム１６２Ａと、Ｗ相アーム１６３Ａと、を備える。Ｕ相アーム１６１Ａ、Ｖ相アーム１６２Ａ、及びＷ相アーム１６３Ａは、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１６１Ａは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を有し、Ｖ相アーム１６２Ａは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ５，Ｑ６を有し、Ｗ相アーム１６３Ａは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ７，Ｑ８を有する。各パワー半導体素子Ｑ３～Ｑ８のコレクタ電極とエミッタ電極と間には、エミッタ電極側からコレクタ電極側へ電流を流すダイオードＤ３～Ｄ８がそれぞれ接続される。

第１のインバータ１５１Ａの各相アームの中間点は、第１の回転電機１９０Ａの三相コイルの各相端に接続される。つまり、第１の回転電機１９０Ａは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一方端が中性点に共通接続され、Ｕ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４の中間点に、Ｖ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ５，Ｑ６の中間点に、Ｗ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ７，Ｑ８の中間点にそれぞれ接続される。

第２のインバータ１５１Ｂは、コンデンサ１３２の両端に第１のインバータ１５１Ａと並列に接続される。第２のインバータ１５１Ｂは、Ｕ相アーム１６１Ｂと、Ｖ相アーム１６２Ｂと、Ｗ相アーム１６３Ｂと、を備える。Ｕ相アーム１６１Ｂ、Ｖ相アーム１６２Ｂ、Ｗ相アーム１６３Ｂは、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に並列に設けられる。

Ｕ相アーム１６１Ｂは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ９，Ｑ１０を有し、Ｖ相アーム１６２Ｂは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ１１，Ｑ１２を有し、Ｗ相アーム１６３Ｂは、直列接続されたパワー半導体素子Ｑ１３，Ｑ１４を有する。各パワー半導体素子Ｑ９～Ｑ１４のコレクタ電極とエミッタ電極との間には、エミッタ電極側からコレクタ電極側へ電流を流すダイオードＤ９～Ｄ１４がそれぞれ接続される。

第２のインバータ１５１Ｂの各相アームの中間点は、第２の回転電機１９０Ｂの三相コイルの各相端に接続される。つまり、第２の回転電機１９０Ｂは、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一方端が中性点に共通接続され、Ｕ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ９，Ｑ１０の中間点に、Ｖ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ１１，Ｑ１２の中間点に、Ｗ相コイルの他方端がパワー半導体素子Ｑ１３，Ｑ１４の中間点にそれぞれ接続される。

電力変換装置１５０は、コントローラ１８０からの指令に基づき、パワー半導体素子Ｑ１～Ｑ１４のスイッチング動作を制御する。パワー半導体素子Ｑ１～Ｑ１４のスイッチング動作により、回転電機１９０は電動機としてあるいは発電機として運転される。

回転電機１９０を電動機として運転する場合は、蓄電装置１１０からの直流電力が電力変換装置１５０のインバータ１５１の直流端子に供給される。電力変換装置１５０は、コントローラ１８０からの指令に基づいて、パワー半導体素子Ｑ３～Ｑ１４のスイッチング動作を制御して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、回転電機１９０に供給する。

一方、回転電機１９０を発電機として運転する場合には、回転子が外部から加えられる回転トルクで回転駆動され、固定子コイルに三相交流電力が発生する。発生した三相交流電力は電力変換装置１５０で直流電力に変換され、その直流電力が蓄電装置１１０に供給されることにより、蓄電装置１１０が充電される。

本実施形態に係る車両用電力制御装置１００には、蓄電装置１１０のインピーダンスの計測及び蓄電装置１１０の昇温のために、蓄電装置１１０に交流を印加する交流印加回路１２０が設けられる。

交流印加回路１２０は、交流電源１２９に接続される一次回路１２１と、蓄電装置１１０に接続される二次回路１２２と、変圧器（トランス）１２３と、コンデンサ１２４と、を備える。変圧器１２３は、一次巻線と二次巻線の巻数比に対応した昇圧比で、一次回路１２１に入力される交流電力の電圧を変圧して、二次回路１２２に出力する。コンデンサ１２４は、蓄電装置１１０の両端が直流的に短絡してしまうことを防止するために設けられる。

図２は、交流電源１２９の構成を示す回路図である。図２に示すように、交流電源１２９は、例えば、バッテリ１２９ａと、バッテリ１２９ａの直流電力を交流電力に変換するインバータ回路として、４つのパワー半導体素子を含むフルブリッジ回路１２９ｂと、を備える。フルブリッジ回路１２９ｂを構成する各パワー半導体素子は、コントローラ１８０からの制御信号に基づいて、オン・オフ制御され、入力される直流電力を交流電力に変換する。なお、フルブリッジ回路に代えて、ハーフブリッジ回路などの他の回路を用いてもよい。

図１に示すように、交流印加回路１２０を構成する二次回路１２２は、蓄電装置１１０の一方端側としての負極側に接続される第１接続部１２２ａと、第１接続部１２２ａとは異なる位置であって、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に接続される第２接続部１２２ｂと、を有する。

直列に接続される複数の蓄電素子は、第２接続部１２２ｂによって二分される。本実施形態では、第２接続部１２２ｂと正極線ＰＬ１との間において直列接続される蓄電素子の数と、第２接続部１２２ｂと負極線ＮＬ１との間において直列接続される蓄電素子の数は、同じである。つまり、第２接続部１２２ｂは、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子を等分するように複数の蓄電素子間に接続される。なお、各蓄電素子の仕様（公称容量、公称電圧、エネルギー密度等）は同じである。このため、第２接続部１２２ｂによって二分される第１分割蓄電部１１０ａの端子電圧と第２分割蓄電部１１０ｂの端子電圧は、ほぼ同じになる。

コントローラ１８０は、動作回路としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）、その他の周辺回路を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１８０は、複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

コントローラ１８０には、温度センサ１７１と、電圧センサ１７２と、電流センサ１７３と、が接続される。温度センサ１７１は、蓄電装置１１０の温度を検出し、検出信号をコントローラ１８０に出力する。電圧センサ１７２は、蓄電装置１１０の端子電圧を検出し、検出信号をコントローラ１８０に出力する。電流センサ１７３は、蓄電装置１１０に流れる電流を検出し、検出信号をコントローラ１８０に出力する。

蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子は、温度が低下すると充放電特性が低下する。例えば、リチウムイオン電池においては、低温時に充電されると負極においてリチウムが析出し、その結果、電池の容量が低下する等の性能劣化が起こる。このため、電池の温度が低い場合には、速やかに電池を昇温する必要がある。また、蓄電装置１１０の状態を適切に管理するためには、蓄電装置１１０のインピーダンスを計測する必要がある。そこで、本実施形態では、交流印加回路１２０により、蓄電装置１１０に交流電流を印加することにより、蓄電装置１１０を昇温する。また、交流印加回路１２０により、蓄電装置１１０に交流電流を印加することにより、蓄電装置１１０のインピーダンスを計測する。

コントローラ１８０は、機能的構成として、判定部１８１と、第１駆動部１８２と、入力部１８３と、第２駆動部１８４と、インピーダンス演算部１８５とを有する。判定部１８１及び第１駆動部１８２は、蓄電装置１１０に対する昇温を制御する昇温制御部１８８を構成する。入力部１８３、第２駆動部１８４及びインピーダンス演算部１８５は、蓄電装置１１０に印加される交流電流に基づいて、蓄電装置１１０のインピーダンスを計測する計測部１８９を構成する。

判定部１８１は、温度センサ１７１で検出された蓄電装置１１０の温度Ｔが、所定温度Ｔ０未満であるか否かを判定する。第１駆動部１８２は、判定部１８１での判定結果に基づき、交流電源１２９を駆動する。所定温度Ｔ０は、蓄電装置１１０の温度が、蓄電装置１１０の充放電特性が悪化する低温度範囲にあるか否かを判定するための閾値であり、予めコントローラ１８０の記憶部に記憶されている。

判定部１８１により蓄電装置１１０の温度Ｔが所定温度Ｔ０未満であると判定されると、第１駆動部１８２は、交流電源１２９を構成するフルブリッジ回路１２９ｂに駆動制御信号を出力し、交流電流を蓄電装置１１０に印加する。これにより、蓄電装置１１０を発熱させ、昇温することができる。判定部１８１により蓄電装置１１０の温度Ｔが所定温度Ｔ０以上であると判定されると、第１駆動部１８２は、交流電源１２９を構成するフルブリッジ回路１２９ｂに停止信号を出力し、蓄電装置１１０に対する交流電流の印加を停止する。

入力部１８３には、インピーダンスの計測を指示する信号（計測指令）が入力される。第２駆動部１８４は、入力部１８３での入力結果に基づき、交流電源１２９を駆動する。入力部１８３にインピーダンスの計測を指示する信号が入力されると、第２駆動部１８４は、交流電源１２９を構成するフルブリッジ回路１２９ｂに駆動制御信号を出力し、交流電流を蓄電装置１１０に印加する。第２駆動部１８４は、予め定められた時間だけ交流電源１２９を駆動し、その後、交流電源１２９を構成するフルブリッジ回路１２９ｂに停止信号を出力し、蓄電装置１１０に対する交流電流の印加を停止する。なお、第２駆動部１８４は、インピーダンスの計測を終了する信号が入力部１８３に入力されるまで、蓄電装置１１０に交流電流を印加する構成とすることもできる。

インピーダンス演算部１８５は、周知の交流法により蓄電装置１１０のインピーダンスＺを演算する。蓄電装置１１０のインピーダンスＺは、実部(抵抗成分Ｒ)と虚部（リアクタンス成分ｊＸ）とからなる。交流法では、交流信号の周波数を変化させたときのインピーダンスの時間依存性を測定することにより、抵抗成分Ｒとリアクタンス成分ｊＸとを抽出することができる。

インピーダンス演算部１８５で演算された蓄電装置１１０のインピーダンスＺは、蓄電装置１１０の状態の管理に用いられる。蓄電装置１１０のインピーダンスＺは、例えば、発電機として機能する回転電機１９０からの電力による充電制御及び回転電機１９０に電力を供給することにより、回転電機１９０を電動機として機能させる際の放電制御に用いられる。

図３は、蓄電装置１１０に印加される交流電流について説明する図であり、図４Ａ～図４Ｃは、各部位における交流電流波形図である。特に図４Ａは、二次回路１２２に供給される電流波形の一例を示す図であり、図４Ｂは、第１分割蓄電部１１０ａに流れる電流波形の一例を示す図であり、図４Ｃは、第２分割蓄電部１１０ｂに流れる電流波形の一例を示す図である。

図３に示す蓄電装置１１０の両端に接続される平滑用のコンデンサ１３１のインピーダンスは、蓄電装置１１０のインピーダンスに比べて小さい。また、交流印加回路１２０のコンデンサ１２４のインピーダンスは、コンデンサ１３１のインピーダンスに比べて小さい。

図３及び図４Ａ～図４Ｃに示すように、交流電流源としての変圧器１２３から二次回路１２２に入力される電流Ｉ１は、時点ｔ０で最大値Ｉｍａｘ[Ａ]（＞０）であり、時間の経過に伴って減少し、時点ｔ１で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ１は、時点ｔ１から時間の経過に伴って減少し、時点ｔ２で最小値Ｉｍｉｎ[Ａ]（＜０）となる。その後、電流Ｉ１は、時点ｔ２から時間の経過に伴って増加し、時点ｔ３で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ１は、時点ｔ３から時間の経過に伴って増加し、時点ｔ４で最大値Ｉｍａｘ[Ａ]となる。

第１分割蓄電部１１０ａに流れる電流Ｉ２は、時点ｔ０で（１／２）Ｉｍｉｎ[Ａ]となり、時間の経過に伴って増加し、時点ｔ１で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ２は、時点ｔ１から時間の経過に伴って増加し、時点ｔ２で（１／２）Ｉｍａｘ[Ａ]となる。その後、電流Ｉ２は、時点ｔ２から時間の経過に伴って減少し、時点ｔ３で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ２は、時点ｔ３から時間の経過に伴って減少し、時点ｔ４で（１／２）Ｉｍｉｎ[Ａ]となる。

第２分割蓄電部１１０ｂに流れる電流Ｉ３は、時点ｔ０で（１／２）Ｉｍａｘ[Ａ]となり、時間の経過に伴って減少し、時点ｔ１で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ３は、時点ｔ１から時間の経過に伴って減少し、時点ｔ２で（１／２）Ｉｍｉｎ[Ａ]となる。その後、電流Ｉ３は、時点ｔ２から時間の経過に伴って増加し、時点ｔ３で０[Ａ]となる。さらに、電流Ｉ３は、時点ｔ３から時間の経過に伴って増加し、時点ｔ４で（１／２）Ｉｍａｘ[Ａ]となる。

したがって、時点ｔ０から時点ｔ１までは、第１分割蓄電部１１０ａは放電を行い、第２分割蓄電部１１０ｂは充電を行う。時点ｔ１から時点ｔ３までは、第１分割蓄電部１１０ａは充電を行い、第２分割蓄電部１１０ｂは放電を行う。時点ｔ３から時点ｔ４までは、第１分割蓄電部１１０ａは放電を行い、第２分割蓄電部１１０ｂは充電を行う。以降、同様の挙動が繰り返される。このように、本実施形態では、第１分割蓄電部１１０ａ及び第２分割蓄電部１１０ｂは、電流波形が同じで位相が１８０度異なっている。

本実施形態に係る交流印加回路１２０を設けたことによる作用効果を、図５及び図６に示す本実施形態の比較例と比較して具体的に説明する。図５は、本実施形態の比較例１に係る車両用電力制御装置９００Ａを搭載した電気自動車の構成を示す回路図である。図６は、本実施形態の比較例２に係る車両用電力制御装置９００Ｂを搭載した電気自動車の構成を示す回路図である。

図５に示すように、本実施形態の比較例１に係る車両用電力制御装置９００Ａでは、交流印加回路１２０が、蓄電装置１１０と並列に接続される。つまり、交流印加回路１２０と、蓄電装置１１０と、平滑用のコンデンサ１３１とが並列に接続されている。ここで、コンデンサ１３１のインピーダンスは、蓄電装置１１０のインピーダンスよりも低い。このため、交流印加回路１２０で生成される交流電流は、主にインピーダンスの低いコンデンサ１３１に流れてしまう。蓄電装置１１０に十分な交流電流を流すことができないため、比較例１では、蓄電装置１１０を効果的に昇温することができないおそれがある。また、蓄電装置１１０のインピーダンスを精度良く測定することができないおそれがある。

これに対して、本実施形態に係る車両用電力制御装置１００では、蓄電装置１１０の一方端側、及び、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に交流印加回路１２０が接続される。このため、本実施形態では、交流印加回路１２０により蓄電装置１１０に交流電流を印加したときに、交流電流が、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１に集中して流れてしまうことを抑制することができ、蓄電装置１１０に十分な交流電流を供給することができる。

図６に示すように、本実施形態の比較例２に係る車両用電力制御装置９００Ｂでは、交流印加回路１２０が、蓄電装置１１０と直列に接続される。車両用電力制御装置９００Ｂでは、蓄電装置１１０と電力変換装置１５０との間を流れる直流電流が大きく、さらに直流電流によって変圧器１２３のコアが飽和してしまうおそれがある。このため、交流印加回路１２０の配線径および変圧器を大きくする必要が生じ、車両用電力制御装置９００Ｂがコスト高となるおそれがある。

これに対して、本実施形態に係る車両用電力制御装置１００では、蓄電装置１１０の一方端側、及び、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に交流印加回路１２０が接続される。このため、本実施形態では、変圧器１２３に大きな直流電流が流れないため、コアの飽和を抑制することができる。したがって、本実施形態では、比較例２に比べて、交流印加回路１２０の配線径および変圧器を小さくできるので、車両用電力制御装置１００のコストを低減することができる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態に係る車両用電力制御装置１００は、複数の蓄電素子が接続されてなる蓄電装置１１０と、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１と、蓄電装置１１０及びコンデンサ１３１に接続される電力変換装置１５０と、交流電流を蓄電装置１１０に印加する交流印加回路１２０と、を備える（図１）。交流印加回路１２０は、蓄電装置１１０の一方端側に接続される第１接続部１２２ａと、第１接続部１２２ａとは異なる位置であって、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に接続される第２接続部１２２ｂと、を有する（図１）。

このように本実施形態では、蓄電装置１１０の一端側、及び、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に交流印加回路１２０が接続される。したがって、交流印加回路１２０により蓄電装置１１０に交流電流を印加したときに、交流電流が、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１に集中して流れてしまうことを抑制することができ、蓄電装置１１０に十分な交流電流を供給することができる。

（２）第２接続部１２２ｂは、複数の蓄電素子を等分するように複数の蓄電素子間に接続される（図１）。換言すれば、交流印加回路１２０は、第１接続部１２２ａと第２接続部１２２ｂとの間の蓄電素子の直列数が、蓄電装置１１０を構成する蓄電素子の総直列数の１／２となるように、蓄電装置１１０に接続される。つまり、第２接続部１２２ｂによって、蓄電装置１１０は、第１分割蓄電部１１０ａと、第１分割蓄電部１１０ａと同数の蓄電素子を有する第２分割蓄電部１１０ｂと、に分割される。これにより、第１分割蓄電部１１０ａ及び第２分割蓄電部１１０ｂに均等に交流電流を印加することができる。

（３）車両用電力制御装置１００は、蓄電装置１１０の温度を検出する温度センサ１７１と、温度センサ１７１で検出された蓄電装置１１０の温度Ｔが、予め定められた温度Ｔ０未満の場合に、蓄電装置１１０に交流電流を印加することにより、蓄電装置１１０を昇温する昇温制御部１８８と、を備える（図１）。本実施形態では、上記（１）で説明したように、交流電流が、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１に集中して流れてしまうことを抑制することができ、蓄電装置１１０に十分な交流電流を供給することができるので、効果的に蓄電装置１１０を昇温することができる。また、上記（２）で説明したように、第１分割蓄電部１１０ａ及び第２分割蓄電部１１０ｂに均等に交流電流を印加することができるので、蓄電装置１１０における温度分布のばらつきを抑えることができる。つまり、蓄電装置１１０を均一に昇温することができるので、蓄電装置１１０の充放電特性の向上を図ることができる。

（４）車両用電力制御装置１００は、蓄電装置１１０に印加される交流電流に基づいて、蓄電装置１１０のインピーダンスを計測する計測部１８９を備える（図１）。交流法によりインピーダンスを計測することにより、蓄電装置１１０の状態を管理することができる。本実施形態では、上記（１）で説明したように、交流電流が、蓄電装置１１０に並列に接続されるコンデンサ１３１に集中して流れてしまうことを抑制することができ、蓄電装置１１０に十分な交流電流を供給することができる。また、上記（２）で説明したように、第１分割蓄電部１１０ａ及び第２分割蓄電部１１０ｂに均等に交流電流を印加することができる。その結果、蓄電装置１１０のインピーダンスを精度よく計測することができる。

（５）本実施形態に係る交流印加回路１２０は、上記（３）及び上記（４）のとおり、蓄電装置１１０を昇温する昇温機能と、蓄電装置１１０のインピーダンスを計測する計測機能と、を備える。このため、蓄電装置１１０を昇温するための専用の昇温装置及び蓄電装置１１０のインピーダンスを計測するための専用の計測装置を個別に設ける場合に比べて、部品点数を低減することができる。その結果、車両用電力制御装置１００の小型化及び低コスト化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子を等分するように、複数の蓄電素子間に交流印加回路１２０の第２接続部１２２ｂを接続する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。第１分割蓄電部１１０ａの蓄電素子の数と、第２分割蓄電部１１０ｂの蓄電素子の数とは異なっていてもよい。上記実施形態では、蓄電装置１１０の負極側に交流印加回路１２０の第１接続部１２２ａを接続する例について説明したが、交流印加回路１２０の接続形態はこれに限定されない。例えば図７に示すように、蓄電装置１１０の一方端側としての正極側に交流印加回路１２０の第１接続部１２２ａを接続してもよい。

さらに、蓄電装置１１０の一方端側（正極側または負極側）に交流印加回路１２０の第１接続部１２２ａを接続することに限定されることもない。例えば、図８及び図９に示すように、第１接続部１２２ａが、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に接続され、第２接続部１２２ｂが、第１接続部１２２ａとは異なる位置であって蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子間に接続されるようにしてもよい。

図８及び図９に示す例では、交流印加回路１２０が蓄電装置１１０に接続されることにより、蓄電装置１１０が、第１分割蓄電部１１０ａ、第２分割蓄電部１１０ｂ及び第３分割蓄電部１１０ｃに３分割される。図８及び図９に示す交流印加回路１２０は、上記実施形態（図１）と同様、第１接続部１２２ａと第２接続部１２２ｂとの間の第２分割蓄電部１１０ｂを構成する蓄電素子の直列数が、蓄電装置１１０を構成する蓄電素子の総直列数の１／２となるように蓄電装置１１０に接続される。このような接続形態を採用した場合（図７～図９）にも、上記実施形態と同様、コンデンサ１２４のインピーダンスを十分に低く設定することにより、蓄電装置１１０を構成する複数の蓄電素子に均等に交流電流を印加することができる。

上記実施形態では、蓄電装置１１０の温度を検出する温度検出部として温度センサ１７１を設ける例について説明したが、本発明はこれに限定されない。蓄電装置１１０の充放電時間、蓄電装置１１０のインピーダンス等に基づいて、蓄電装置１１０の温度を推定する温度検出部を設けてもよい。上記実施形態では、蓄電装置１１０を構成する蓄電素子として、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池を用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。蓄電装置１１０を構成する蓄電素子として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いてもよい。上記実施形態において、第１分割蓄電部１１０ａ及び第２分割蓄電部１１０ｂの蓄電素子の数は、それぞれ１つとすることもできる。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１００ 車両用電力制御装置、１１０ 蓄電装置、１１０ａ 第１分割蓄電部、１１０ｂ 第２分割蓄電部、１２０ 交流印加回路、１２２ａ 第１接続部、１２２ｂ 第２接続部、１２３ 変圧器、１２４ コンデンサ、１２９ 交流電源、１３１ コンデンサ、１３２ コンデンサ、１５０ 電力変換装置、１７１ 温度センサ、１７２ 電圧センサ、１７３ 電流センサ、１８０ コントローラ、１８１ 判定部、１８２ 第１駆動部、１８３ 入力部、１８４ 第２駆動部、１８５ インピーダンス演算部、１８８ 昇温制御部、１８９ 計測部、１９０ 回転電機、Ｔ０ 所定温度

Claims (4)

1. 複数の蓄電素子が直列接続されてなる蓄電装置と、
   前記蓄電装置に並列に接続されるコンデンサと、
   前記蓄電装置及び前記コンデンサに接続される電力変換装置と、
   交流電流を前記蓄電装置に印加する交流印加回路と、を備え、
   前記交流印加回路は、前記蓄電装置を構成する前記複数の蓄電素子間の一方端側の一箇所に接続される第１接続部と、前記第１接続部とは異なる位置であって前記蓄電装置を構成する前記複数の蓄電素子間の一箇所に接続される第２接続部と、を有し、
   前記交流印加回路は、前記第１接続部と前記第２接続部との間の蓄電素子の直列数が、前記蓄電装置を構成する蓄電素子の総直列数の１／２となるように前記蓄電装置に接続されることを特徴とする車両用電力制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用電力制御装置において、
   前記第１接続部は、前記第２接続部よりも前記蓄電装置の正極側に接続され、
   前記交流印加回路は、前記第１接続部と前記第２接続部との間の蓄電素子の直列数が、前記第１接続部と前記コンデンサの正極との間の蓄電素子の直列数と、前記第２接続部と前記コンデンサの負極との間の蓄電素子の直列数との合計値と同じになるように前記蓄電装置に接続されることを特徴とする車両用電力制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用電力制御装置において、
   前記蓄電装置の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部で検出された前記蓄電装置の温度が、予め定められた温度未満の場合に、前記蓄電装置に交流電流を印加することにより、前記蓄電装置を昇温する昇温制御部と、を備えることを特徴とする車両用電力制御装置。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の車両用電力制御装置において、
   前記蓄電装置に印加される交流電流に基づいて、前記蓄電装置のインピーダンスを計測する計測部を備えることを特徴とする車両用電力制御装置。

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