JPWO2012029101A1 - 蓄電装置の充電装置および充電方法 - Google Patents

Abstract

充電器（３００）は、充電ポート（１１０）からの外部電力を直流に変換する変換部（３１０）と、変換部（３１０）の出力を高周波の交流に変換する変換部（３２０）と、変換部（３２０）の出力を絶縁トランス（３３０）で変圧した電力を直流に変換して蓄電装置（７０）に出力する変換部（３４０）とを含む。さらに、充電器は、充電器の回路構成を１ステージ充電回路と２ステージ充電回路との間での切替を可能にする切替部（３５０，３６０，３７０，３８０，３９０）を備える。切替部は、ＥＣＵ（４００）からの制御信号によって制御される。ＥＣＵは、蓄電装置のＳＯＣに応じて切替部を制御して充電器の回路構成を１ステージ充電回路および２ステージ充電回路のいずれかに切替える。

Description

この発明は、車両外部の電源から供給される電力で車両に搭載された蓄電装置を充電する技術に関する。

近年、車両外部の電源から供給される電力（以下「外部電力」ともいう）で車両に搭載された蓄電装置を充電すること（以下「外部充電」ともいう）が可能な車両が知られている。このような車両は、プラグイン車両とも呼ばれ、通常、外部から供給される交流を直流に変換して蓄電装置に出力する充電器を搭載している。このような充電器の回路構成が、たとえば特許文献１（特開平８−１０７６０７号公報）に開示されている。

特許文献１に開示された充電器は、インバータ回路を含む電力変換装置と、スイッチングブリッジと、ダイオードブリッジとを備える。この充電器は、車両外部から入力された交流を電力変換装置のスイッチング動作によって直流へ変換しつつ力率調整を行ない、電力変換装置から入力された直流をスイッチングブリッジのスイッチング動作によって高周波交流に変換した後、ダイオードブリッジで再び直流へ変換してバッテリに出力する。このような充電方式は、スイッチング動作を伴なう力率調整および高周波交流への変換が２段階（２ステージ）で行なわれるため、２ステージ充電とも呼ばれる。

特開平８−１０７６０７号公報 特開２００９−２７４４７９号公報

ところで、外部充電の方式には、上述した２ステージ充電の他に、スイッチング動作を伴なう力率調整および高周波交流への変換の双方を１段階（１ステージ）で行なう１ステージ充電と呼ばれる方式も存在する。

１ステージ充電は、２ステージ充電に比べてスイッチング損失が小さく高効率である反面、出力電流の変動幅が大きくなる特徴がありその影響で充電完了判定の精度が低い。一方、２ステージ充電による充電は、比較的低効率である反面、出力電流の変動幅が比較的小さくなる特徴があり充電完了判定の精度が比較的高い。

特許文献１に開示されているように、充電器の回路構成として２ステージ充電用の回路を採用した場合、１ステージ充電用の回路を採用した場合に比べて充電効率が低くなるという問題がある。

本発明は、上述の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、車両外部の電源から供給される電力で車両に搭載された蓄電装置を充電する場合に、充電効率を考慮した充電を行なうことである。

この発明に係る充電装置は、車両に搭載された蓄電装置の充電装置であって、車両外部の電源から供給される電力を受ける受電部と、受電部から入力された電力を変換し、変換された電力を蓄電装置に出力する充電器とを備える。充電器は、第１スイッチング回路を備える第１変換部と、第１変換部に接続され、第２スイッチング回路を備える第２変換部と、第１スイッチング回路を動作させずに第２スイッチング回路を動作させる第１充電を行なうための第１充電回路と、第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の双方を動作させる第２充電を行なうための第２充電回路とのいずれかに充電器の回路構成を切替えるための切替部とを備える。

好ましくは、充電装置は、充電器を制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、蓄電装置の蓄電量に基づいて充電器の回路構成を第１充電回路と第２充電回路とのいずれかに切替える。

好ましくは、制御装置は、蓄電量がしきい値よりも小さい場合、第１充電回路を形成するように切替部を制御するとともに第１充電を行なうように第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を制御し、蓄電量がしきい値よりも大きい場合、第２充電回路を形成するように切替部を制御するとともに第２充電を行なうように第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を制御する。

好ましくは、しきい値は、蓄電量の充電時の目標値よりも所定量だけ低い値に設定される。

好ましくは、制御装置は、第２充電中に、蓄電装置の両端電圧に基づいて蓄電量を算出し、算出された蓄電量が目標値に達したか否かを判定する。

好ましくは、充電器は、第１変換部で変換された電力を第２変換部に供給するための正極線および負極線を含む。切替部は、第２充電回路の形成時に正極線および負極線の間にコンデンサを接続する状態に切替えられ、第１充電回路の形成時に正極線および負極線の間にコンデンサを接続しない状態に切替えられるコンデンサ切替部を含む。

好ましくは、切替部は、第２充電回路の形成時に受電部と第１変換部との間に第１リアクトル回路を接続する状態に切替えられ、第１充電回路の形成時に受電部と第１変換部との間に第１リアクトル回路を接続しない状態に切替えられる第１リアクトル切替部と、第１充電回路の形成時に第１変換部と第２変換部との間に第２リアクトル回路を接続する状態に切替えられ、第２充電回路の形成時に第１変換部と第２変換部との間に第２リアクトル回路を接続しない状態に切替えられる第２リアクトル切替部とを含む。

この発明の別の局面に係る充電方法は、車両に搭載された蓄電装置の充電方法である。車両は、車両外部の電源から供給される電力を受ける受電部と、受電部から入力された電力を変換し、変換された電力を蓄電装置に出力する充電器とを備える。充電器は、第１スイッチング回路を備える第１変換部と、第１変換部に接続され、第２スイッチング回路を備える第２変換部と、第１スイッチング回路を動作させずに第２スイッチング回路を動作させる第１充電を行なうための第１充電回路と、第１スイッチング回路および第２スイッチング回路の双方を動作させる第２充電を行なうための第２充電回路とのいずれかに充電器の回路構成を切替えるための切替部とを備える。充電方法は、電源の電力で蓄電装置を充電する外部充電を開始するか否かを判断するステップと、外部充電を開始する場合に充電器を制御するステップとを含む。充電器を制御するステップは、蓄電装置の蓄電量に基づいて充電器の回路構成を第１充電回路と第２充電回路とのいずれかに切替えるステップを含む。

好ましくは、充電器を制御するステップは、蓄電量がしきい値よりも小さい場合、第１充電回路を形成するように切替部を制御するとともに第１充電を行なうように第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を制御するステップと、蓄電量がしきい値よりも大きい場合、第２充電回路を形成するように切替部を制御するとともに第２充電を行なうように第１スイッチング回路および第２スイッチング回路を制御するステップとを含む。

好ましくは、しきい値は、蓄電量の充電時の目標値よりも所定値だけ低い値に設定される。

好ましくは、充電方法は、第２充電中に、蓄電装置の両端電圧に基づいて蓄電量を算出し、算出された蓄電量が目標値に達したか否かを判定するステップをさらに含む。

本発明によれば、車両外部の電源から供給される電力で車両に搭載された蓄電装置を充電する場合に、充電効率を考慮した充電を行なうことができる。

車両の全体ブロック図である。 充電器の詳細な構成図である。 １ステージ充電を行なう場合の充電器の回路構成を示す図である。 ２ステージ充電を行なう場合の充電器の回路構成を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 ＥＣＵの処理フローを示す図である。 外部充電を行なう場合のＳＯＣおよび充電方式の時間変化を示す図である。

以下、本発明の実施例について、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返さない。

図１は、この発明の実施例による車両１の全体ブロック図である。車両１は、いわゆるプラグインハイブリッド車両である。図１を参照して、この車両１は、エンジン１０と、第１ＭＧ（Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０と、第２ＭＧ３０と、動力分割装置４０と、減速機５０と、モータ駆動装置６０と、蓄電装置７０と、駆動輪８０とを備える。また、車両１は、充電ポート１１０と、充電器３００と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４００とをさらに備える。

エンジン１０、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、動力分割装置４０に連結される。そして、この車両１は、エンジン１０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン１０が発生する動力は、動力分割装置４０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機５０を介して駆動輪８０へ伝達される経路であり、もう一方は第１ＭＧ２０へ伝達される経路である。

第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、交流電動機であり、たとえば、三相交流同期電動機である。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、モータ駆動装置６０によって駆動される。第１ＭＧ２０は、動力分割装置４０によって分割されたエンジン１０の動力を用いて発電する。第１ＭＧ２０によって発電された電力は、モータ駆動装置６０により交流から直流に変換され、蓄電装置７０に蓄えられる。

第２ＭＧ３０は、蓄電装置７０に蓄えられた電力および第１ＭＧ２０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。そして、第２ＭＧ３０の駆動力は、減速機５０を介して駆動輪８０に伝達される。なお、図１では、駆動輪８０は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、第２ＭＧ３０によって後輪を駆動してもよい。

なお、車両の制動時等には、減速機５０を介して駆動輪８０により第２ＭＧ３０が駆動され、第２ＭＧ３０が発電機として動作する。これにより、第２ＭＧ３０は、車両の運動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとしても機能する。そして、第２ＭＧ３０により発電された電力は、蓄電装置７０に蓄えられる。

動力分割装置４０は、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遊星歯車から成る。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１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ３０の回転軸および減速機５０に連結される。

モータ駆動装置６０は、蓄電装置７０から電力を受け、ＥＣＵ４００からの制御信号に基づいて第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動する。また、モータ駆動装置６０は、ＥＣＵ４００からの制御信号に基づいて、第１ＭＧ２０および／または第２ＭＧ３０によって発電される交流電力を直流電力に変換して蓄電装置７０へ出力する。

蓄電装置７０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置７０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置７０には、第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０によって発電される電力の他、後述のように、外部電源２１０から供給される電力が蓄えられる。なお、蓄電装置７０として、大容量のキャパシタも採用可能である。

充電ポート１１０は、外部電源２１０から受電するための電力インターフェースである。外部電源２１０から蓄電装置７０への充電時、充電ポート１１０には、外部電源２１０の電力（以下、「外部電力」という）を車両へ供給するための充電ケーブルのコネクタ２００が接続される。

充電器３００は、充電ポート１１０および蓄電装置７０と電気的に接続される。そして、充電器３００は、ＥＣＵ４００からの制御信号に基づいて、外部電力を蓄電装置７０に充電可能な電力に変換して蓄電装置７０に出力する。これにより、外部電力による蓄電装置７０の充電（以下、「外部充電」という）が行なわれる。

ＥＣＵ４００は、モータ駆動装置６０および充電器３００を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号をモータ駆動装置６０および充電器３００へ出力する。

図２は、図１に示した充電器３００の詳細な構成図である。充電器３００は、変換部３１０，３２０，３４０と、絶縁トランス３３０と、リレーＲＥとを含む。これらの回路は、充電ポート１１０と蓄電装置７０との間に直列的に接続される。すなわち、充電ポート１１０からの外部電力が変換部３１０に入力され、変換部３１０の出力が変換部３２０に入力され、変換部３２０の出力が絶縁トランス３３０を経由して変換部３４０に入力され、変換部３４０の出力がリレーＲＥを経由して蓄電装置７０に入力される。

変換部３１０は、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とを備える。ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは直列接続されて正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に設けられる。ダイオードＤ３とダイオードＤ４とは直列接続されて正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に設けられる。ダイオードＤ１〜Ｄ４の順方向は、いずれも負極線ＮＬ１から正極線ＰＬ１へ向かう方向である。ダイオードＤ１，Ｄ３には、それぞれスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２が並列接続される。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作（オンオフ動作）は、ＥＣＵ４００からの制御信号ＳＱ１によって制御される。

変換部３１０は、充電ポート１１０から入力される外部電力（交流電力）を直流電力に整流（変換）して変換部３２０へ出力する。

変換部３２０は、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６とを備える。ダイオードＤ５とダイオードＤ６とは直列接続されて正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に設けられる。ダイオードＤ７とダイオードＤ８とは直列接続されて正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に設けられる。ダイオードＤ５〜Ｄ８の順方向は、いずれも負極線ＮＬ１から正極線ＰＬ１へ向かう方向である。ダイオードＤ５〜Ｄ８には、それぞれスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６が並列接続される。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６のスイッチング動作は、ＥＣＵ４００からの制御信号ＳＱ２によって制御される。

変換部３２０は、変換部３１０から入力される直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス３３０へ出力する。

絶縁トランス３３０は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルとから成る。一次コイルおよび二次コイルは、それぞれ変換部３２０，３４０に接続され、互いに電気的に絶縁されている。そして、絶縁トランス３３０は、変換部３２０から受ける交流電力の電圧を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して変換部３４０へ出力する。

変換部３４０は、ダイオードＤ９〜Ｄ１２を備える。ダイオードＤ９とダイオードＤ１０とは直列接続されて正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に設けられる。ダイオードＤ１１とダイオードＤ１２とは直列接続されて正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間に設けられる。ダイオードＤ９〜Ｄ１２の順方向は、いずれも負極線ＮＬ２から正極線ＰＬ２へ向かう方向である。

変換部３４０は、絶縁トランス３３０から入力される交流電力を直流電力に整流（変換）して蓄電装置７０に出力する。これにより、蓄電装置７０が外部電力によって充電される。なお、正極線ＰＬ２の上には、変換部３４０から蓄電装置７０の正極に向かう方向を順方向とするダイオードＤ１３が設けられる。また、正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間にはコンデンサＣ３が設けられる。

リレーＲＥは、変換部３４０と蓄電装置７０との間に設けられ、ＥＣＵ４００からの制御信号ＳＥ１に基づいてオンオフされる。外部充電が行なわれる場合、リレーＲＥはオン状態に制御される。

なお、蓄電装置７０を流れる電流Ｉｂ、蓄電装置７０の両端の電圧Ｖｂは、それぞれ電流センサ７１、電圧センサ７２によって検出される。電流Ｉｂ、電圧Ｖｂの検出結果は、ＥＣＵ４００へ入力される。

さらに、充電器３００は、切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０を備える。
切替部３５０は、充電ポート１１０と変換部３１０との間に設けられる。切替部３５０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、リアクトル（コイル）Ｌ１、Ｌ２を含んで構成される。スイッチＳＷ１，ＳＷ２がＥＣＵ４００からの制御信号Ｓ１によって制御されることによって、切替部３５０は、第１状態および第２状態のいずれかの状態に制御される。切替部３５０が第１状態に制御される場合、充電ポート１１０と変換部３１０とがリアクトルＬ１、Ｌ２を経由せずに直接的に接続される。一方、切替部３５０が第２状態に制御される場合、充電ポート１１０と変換部３１０とがリアクトルＬ１、Ｌ２を経由して接続される。具体的には、ダイオードＤ１，Ｄ２の中間点と充電ポート１１０との間にリアクトルＬ１が接続され、ダイオードＤ３，Ｄ４の中間点と充電ポート１１０との間にリアクトルＬ２が接続される。

切替部３６０は、変換部３１０と変換部３２０との間の正極線ＰＬ１上に設けられる。切替部３５０は、スイッチＳＷ３、リアクトルＬ３を含んで構成される。スイッチＳＷ３がＥＣＵ４００からの制御信号Ｓ２によって制御されることによって、切替部３６０は、第１状態および第２状態のいずれかの状態に制御される。切替部３６０が第１状態に制御される場合、変換部３１０と変換部３２０とがリアクトルＬ３を経由して接続される。一方、切替部３６０が第２状態に制御される場合、変換部３１０と変換部３２０とがリアクトルＬ３を経由せずに直接的に接続される。

切替部３７０は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に設けられる。切替部３７０は、リレーＲ１、コンデンサＣ１を含んで構成される。リレーＲ１がＥＣＵ４００からの制御信号Ｓ３によって制御されることによって、切替部３７０は、第１状態および第２状態のいずれかの状態に制御される。切替部３７０が第１状態に制御される場合（リレーＲ１がオフ状態に制御される場合）、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間にコンデンサＣ１が接続されない。一方、切替部３７０が第２状態に制御される場合（リレーＲ１がオン状態に制御される場合）、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間にコンデンサＣ１が接続される。

切替部３８０は、変換部３２０と絶縁トランス３３０との間に設けられる。切替部３８０は、スイッチＳＷ４、コンデンサＣ２を含んで構成される。スイッチＳＷ４がＥＣＵ４００からの制御信号Ｓ４によって制御されることによって、切替部３８０は、第１状態および第２状態のいずれかの状態に制御される。切替部３８０が第１状態に制御される場合、変換部３２０と絶縁トランス３３０の一次コイルとの間にコンデンサＣ２が接続される。一方、切替部３８０が第２状態に制御される場合、変換部３２０と絶縁トランス３３０の一次コイルとの間にコンデンサＣ２が接続されない。

切替部３９０は、変換部３４０とダイオードＤ１３との間の正極線ＰＬ２上に設けられる。切替部３９０は、スイッチＳＷ５、リアクトルＬ４を含んで構成される。スイッチＳＷ５がＥＣＵ４００からの制御信号Ｓ５によって制御されることによって、切替部３９０は、第１状態および第２状態のいずれかの状態に制御される。切替部３９０が第１状態に制御される場合、変換部３４０とダイオードＤ１３とがリアクトルＬ４を経由せずに直接的に接続される。一方、切替部３９０が第２状態に制御される場合、変換部３４０とダイオードＤ１３とがリアクトルＬ３を経由して接続される。

本実施例に従う充電器３００においては、上述のような切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０を備えることにより、変換部３１０でのスイッチング動作は行なわずに変換部３２０でのスイッチング動作を行なって外部充電を行なう方式（以下、「１ステージ充電」という）と、変換部３１０および変換部３２０の双方でのスイッチング動作を行なって外部充電を行なう方式（以下、「２ステージ充電」という）との間で外部充電の方式を切替ることができる。

図３は、１ステージ充電を行なう場合の充電器３００の回路構成（以下、「１ステージ充電回路」ともいう）を示す図である。１ステージ充電回路は、上述した切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０をそれぞれ第１状態とし、かつ、変換部３１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態で停止させることによって形成される。

１ステージ充電回路においては、充電ポート１１０に入力された外部電力（交流電力）が変換部３１０で直流電力に整流された後、正極線ＰＬ１上に設けられたリアクトルＬ３を経由して変換部３２０に入力される。変換部３２０でのスイッチング動作によって、変換部３２０に入力された直流電力が高周波の交流電力に変換されるとともに、入力力率（入力電圧波形に対する入力電流波形の位相のずれ）の調整が行なわれる。変換部３２０で変換された交流電力は、コンデンサＣ２を介して絶縁トランス３３０に入力される。絶縁トランス３３０に入力された交流電力は、絶縁トランス３３０によって変圧された後、変換部３４０に入力されて再び直流電力に整流され、その後、蓄電装置７０に出力される。

このように、１ステージ充電回路では、スイッチング動作を伴なう力率調整および高周波交流への変換の双方が変換部３２０の１段階（１ステージ）で行なわれる。

図４は、２ステージ充電を行なう場合の充電器３００の回路構成（以下、「２ステージ充電回路」ともいう）を示す図である。２ステージ充電回路は、上述した切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０をそれぞれ第２状態とすることによって形成される。

２ステージ充電回路においては、充電ポート１１０と変換部３１０との間にリアクトルＬ１，Ｌ２が設けられる。充電ポート１１０に入力された外部電力は変換部３１０で直流電力に変換されるとともに、変換部３１０でのスイッチング動作によって入力力率の調整が行なわれる。変換部３１０で変換された直流電力は、正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１を経由して変換部３２０に入力される。正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１の間の電力変動はコンデンサＣ１で平滑化される。変換部３２０に入力された直流電力は、変換部３２０でのスイッチング動作によって高周波の交流電力に変換される。変換部３２０で変換された高周波の交流電力は、絶縁トランス３３０で変圧された後、変換部３４０に入力されて再び直流電力に整流され、その後、リアクトルＬ４を経由して蓄電装置７０に出力される。

このように、２ステージ充電回路では、スイッチング動作を伴なう力率調整および高周波交流への変換がそれぞれ変換部３１０，３２０の２段階（２ステージ）で行なわれる。すなわち、変換部３１０でのスイッチング動作によって力率調整が行なわれた後、変換部３２０でのスイッチング動作によって高周波交流への変換が行なわれる。

１ステージ充電と２ステージ充電とを比較した場合、以下のような相違点がある。
１ステージ充電ではスイッチング動作が変換部３２０（１ステージ）でのみ行なわれるのに対し、２ステージ充電ではスイッチング動作が変換部３１０，３２０（２ステージ）で行なわれる。そのため、１ステージ充電は、２ステージ充電に比べて、スイッチング動作による損失が低く充電効率が高い。

その反面、１ステージ充電回路にはコンデンサＣ１が含まれていないため、１ステージ充電は、２ステージ充電に比べて外部充電時の蓄電装置７０の両端の電圧Ｖｂの変動幅が大きくなる。その要因の１つに、蓄電装置７０を流れる電流Ｉｂのリプル幅（変動幅）の増加がある。すなわち、いずれの充電方式であってもスイッチング動作を伴うためスイッチング動作に起因するリプル成分が電流Ｉｂに含まれることになるが、１ステージ充電回路には２ステージ充電回路に設けられるコンデンサＣ１が設けられていない分、１ステージ充電時は２ステージ充電時に比べて電流Ｉｂのリプル幅が大きくなる。通常、蓄電装置７０は内部抵抗を有しているため、電流Ｉｂの変動に応じて蓄電装置７０の両端の電圧Ｖｂの変動も大きくなる。そのため、電流Ｉｂのリプル幅が大きいほど電圧Ｖｂの変動幅も大きくなる。この影響で、１ステージ充電は、２ステージ充電に比べて、後述する充電完了判定処理の精度が悪化することが懸念される。

言い換えれば、２ステージ充電は、１ステージ充電に比べて充電効率が低い反面、電圧Ｖｂの変動幅が小さく後述する充電完了判定処理の精度を向上させることができる。

このように、本実施例に従う充電器３００は、１ステージ充電回路と２ステージ充電回路との切替を可能にする切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０を備える。そして、ＥＣＵ４００は、切替条件の成否に応じて切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０を制御して充電回路の切替を行なう。以下では、ＥＣＵ４００が、蓄電装置７０の充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ，以下「ＳＯＣ」という）に応じて充電回路の切替を行なう場合について説明する。なお、本実施例では、ＳＯＣを、蓄電装置７０の満充電容量に対する蓄電量の割合（単位：パーセント）で示す。

図５は、外部充電を行なう際のＥＣＵ４００の機能ブロック図である。図５に示した各機能ブロックは、電子回路等によるハードウェアによって実現してもよいし、プログラムの実行等によるソフトウェアによって実現してもよい。

ＥＣＵ４００は、判断部４１０と、充電制御部４２０とを備える。
判断部４１０は、まず、充電要求フラグＦがオン状態であるか否かを判断する。充電要求フラグＦは、ユーザが充電ポート１１０にコネクタ２００を接続した場合や、タイマ等で予め設定された充電開始時刻になった場合などにオフ状態からオン状態に切替えられるパラメータである。

充電要求フラグＦがオン状態である場合、判断部４１０は、電圧ＶｂとＳＯＣとの対応関係を予め記憶したＶｂ−ＳＯＣマップ（図示せず）を用いて電圧Ｖｂの検出値（電圧センサ７２の出力値）に対応するＳＯＣを算出し、算出されたＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きいか否かを判断する。

ここで、しきい値ＳＯＣ１は、外部充電完了時のＳＯＣの目標値（以下「充電目標値ＳＯＣｔａｇ」という）よりも僅かに（たとえば数パーセント程度）低い値に設定される。すなわち、しきい値ＳＯＣ１は充電目標値ＳＯＣｔａｇにかなり近い値に設定される。したがって、「ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きい」場合には、ＳＯＣが既に充電目標値ＳＯＣｔａｇにかなり近づいており、後述する充電完了判定処理の開始およびその精度が要求されていることになる。

ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きい場合、判断部４１０は、さらに、上述したＶｂ−ＳＯＣマップを用いて電圧Ｖｂの検出値に対応するＳＯＣを算出し、算出されたＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇ以上であるか否かを判断する。この判断は、ＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇに達したか否か、すなわち外部充電を完了させるか否かを判定するための処理である。本実施例では、この判定処理を「充電完了判定処理」と称する。なお、充電目標値ＳＯＣｔａｇは、１００パーセント（蓄電装置７０が満充電状態である時のＳＯＣ）に設定することも可能であるが、蓄電装置７０の劣化を防止するためには１００パーセントよりも少し低い値（たとえば８０パーセント程度の値）に設定することが望ましい。

充電制御部４２０は、充電要求フラグＦがオン状態である場合、外部充電を行なう。この際、充電制御部４２０は、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きいか否かに応じて充電回路および充電方式の切替を行なう。

ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも小さい場合、充電制御部４２０は、１ステージ充電回路（図３参照）を形成して１ステージ充電を行なう。

具体的には、充電制御部４２０は、切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０をそれぞれ第１状態にするための制御信号Ｓ１〜Ｓ５を生成してそれぞれ切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０に出力するとともに、変換部３１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフ状態で停止させるための制御信号ＳＱ１を生成して変換部３１０に出力する。これにより、１ステージ充電回路が形成される。そして、充電制御部４２０は、変換部３２０のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６にスイッチング動作を行なわせるための制御信号ＳＱ２を生成して変換部３２０に出力する。これにより、１ステージ充電が行なわれる。

一方、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きい場合、充電制御部４２０は、２ステージ充電回路（図４参照）を形成して２ステージ充電を行なう。

具体的には、充電制御部４２０は、切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０をそれぞれ第２状態にするための制御信号Ｓ１〜Ｓ５を生成してそれぞれ切替部３５０，３６０，３７０，３８０，３９０に出力する。これにより、２ステージ充電回路が形成される。そして、充電制御部４２０は、変換部３１０のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２にスイッチング動作を行なわせるための制御信号ＳＱ１を生成して変換部３１０に出力するとともに、変換部３２０のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６にスイッチング動作を行なわせるための制御信号ＳＱ２を生成して変換部３２０に出力する。これにより、２ステージ充電が行なわれる。

図６は、上述した機能を実現する場合のＥＣＵ４００の処理フローを示す図である。
Ｓ１０にて、ＥＣＵ４００は、充電要求フラグＦがオン状態であるか否かを判断する。充電要求フラグＦがオン状態であると（Ｓ１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１に移される。そうでないと（Ｓ１０にてＮＯ）、この処理は終了される。

Ｓ１１にて、ＥＣＵ４００は、電圧Ｖｂの検出値に基づいてＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きいか否かを判断する。

ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも小さい場合（Ｓ１１にてＮＯ）、ＥＣＵ４００は、処理をＳ１２に移し、１ステージ充電回路を形成して１ステージ充電を行なう。

一方、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１よりも大きい場合（Ｓ１１にてＹＥＳ）、ＥＣＵ４００は、処理をＳ１３に移し、２ステージ充電回路を形成して２ステージ充電を行なう。

Ｓ１４にて、ＥＣＵ４００は、充電完了判定処理を行なう。すなわち、ＥＣＵ４００は、電圧Ｖｂの検出値に基づいてＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇ以上であるか否かを判断する。

ＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇよりも小さい場合（Ｓ１４にてＮＯ）、ＥＣＵ４００は、処理をＳ１３に戻し、２ステージ充電を継続する。

一方、ＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇ以上である場合（Ｓ１４にてＹＥＳ）、ＥＣＵ４００は、処理をＳ１５に移し、充電要求フラグＦをオン状態からオフ状態に切替える。これにより、外部充電が完了される。

図７は、外部充電を行なう場合のＳＯＣおよび充電方式の時間変化を示す図である。
時刻ｔ１で外部充電が開始されると、充電開始時のＳＯＣｓがしきい値ＳＯＣ１よりも小さいため、１ステージ充電が行なわれる。既に述べたとおり、１ステージ充電は、２ステージ充電に比べて、スイッチング動作による損失が低く充電効率が高い。したがって、ＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１を超える時刻ｔ２までは、高い充電効率で外部充電が行なわれ、その分、充電速度（ＳＯＣの増加速度）も速い。特に、しきい値ＳＯＣ１が充電目標値ＳＯＣｔａｇにかなり近い値に設定されているため、外部充電の大部分において高効率かつ高速で充電が可能な第１ステージ充電が行なわれる。

その後、時刻ｔ２でＳＯＣがしきい値ＳＯＣ１を超えると、ＳＯＣが既に充電目標値ＳＯＣｔａｇにかなり近づいているため、充電完了判定処理が開始される。そして、この際、充電完了判定処理の精度を向上させるために、充電方式が１ステージ充電から２ステージ充電に切替えられる。既に述べたとおり、２ステージ充電は、１ステージ充電に比べて、コンデンサＣ２を備えているため電圧Ｖｂの変動幅が小さい。そのため、電圧Ｖｂに基づくＳＯＣの算出精度が向上し、その結果、充電完了判定処理の精度（実際のＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇ以上になったか否かを判断する精度）も向上する。

そして、２ステージ充電中の充電完了判定処理によってＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇに達したと精度よく判定された時刻ｔ３で、外部充電が完了される。そのため、ＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇ以上になっているにも関わらず外部充電が継続されること（蓄電装置７０が過充電されること）を適切に抑制できる。

以上のように、本実施例においては、充電器３００を１ステージ充電と２ステージ充電との切替が可能な回路構成とするとともに、ＳＯＣが充電目標値ＳＯＣｔａｇに近いしきい値ＳＯＣ１を超えるまでは充電効率が高い１ステージ充電を行ない、ＳＯＣがＳＯＣ１を超えた時点で充電完了判定処理の精度が高い２ステージ充電に切替える。その結果、充電効率を向上しつつ、充電完了判定処理の精度を向上させることができる。

今回開示された実施例は、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、上記した実施例の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。

１ 車両、１０ エンジン、２０ 第１ＭＧ、３０ 第２ＭＧ、４０ 動力分割装置、５０ 減速機、６０ モータ駆動装置、７０ 蓄電装置、７１ 電流センサ、７２ 電圧センサ、８０ 駆動輪、１１０ 充電ポート、２００ コネクタ、２１０ 外部電源、３００ 充電器、３１０，３２０，３４０ 変換部、３３０ 絶縁トランス、３５０，３６０，３７０，３８０，３９０ 切替部、４００ ＥＣＵ、４１０ 判断部、４２０ 充電制御部、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ１３ ダイオード、Ｌ１〜Ｌ４ リアクトル、ＮＬ１，ＮＬ２ 負極線、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子、Ｒ１，ＲＥ リレー、ＳＷ１〜ＳＷ５ スイッチ。

Claims (11)

1. 車両（１）に搭載された蓄電装置（７０）の充電装置であって、
   車両外部の電源（２１０）から供給される電力を受ける受電部（１１０）と、
   前記受電部から入力された電力を変換し、変換された電力を前記蓄電装置に出力する充電器（３００）とを備え、
   前記充電器は、
   第１スイッチング回路（Ｑ１，Ｑ２）を備える第１変換部（３１０）と、
   前記第１変換部に接続され、第２スイッチング回路（Ｑ３〜Ｑ６）を備える第２変換部（３２０）と、
   前記第１スイッチング回路を動作させずに前記第２スイッチング回路を動作させる第１充電を行なうための第１充電回路と、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路の双方を動作させる第２充電を行なうための第２充電回路とのいずれかに前記充電器の回路構成を切替えるための切替部（３５０、３６０、３７０）とを備える、蓄電装置の充電装置。
2. 前記充電装置は、前記充電器を制御する制御装置（４００）をさらに備え、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の蓄電量に基づいて前記充電器の回路構成を前記第１充電回路と前記第２充電回路とのいずれかに切替える、請求の範囲第１項に記載の蓄電装置の充電装置。
3. 前記制御装置は、
   前記蓄電量がしきい値よりも小さい場合、前記第１充電回路を形成するように前記切替部を制御するとともに前記第１充電を行なうように前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路を制御し、
   前記蓄電量が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２充電回路を形成するように前記切替部を制御するとともに前記第２充電を行なうように前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路を制御する、請求の範囲第２項に記載の蓄電装置の充電装置。
4. 前記しきい値は、前記蓄電量の充電時の目標値よりも所定値だけ低い値に設定される、請求の範囲第３項に記載の蓄電装置の充電装置。
5. 前記制御装置は、前記第２充電中に、前記蓄電装置の両端電圧に基づいて前記蓄電量を算出し、算出された前記蓄電量が前記目標値に達したか否かを判定する、請求の範囲第４項に記載の蓄電装置の充電装置。
6. 前記充電器は、前記第１変換部で変換された電力を前記第２変換部に供給するための正極線（ＰＬ１）および負極線（ＮＬ１）を含み、
   前記切替部は、前記第２充電回路の形成時に前記正極線および前記負極線の間にコンデンサ（Ｃ１）を接続する状態に切替えられ、前記第１充電回路の形成時に前記正極線および前記負極線の間に前記コンデンサを接続しない状態に切替えられるコンデンサ切替部（３７０）を含む、請求の範囲第１項に記載の蓄電装置の充電装置。
7. 前記切替部は、
   前記第２充電回路の形成時に前記受電部と前記第１変換部との間に第１リアクトル回路（Ｌ１，Ｌ２）を接続する状態に切替えられ、前記第１充電回路の形成時に前記受電部と前記第１変換部との間に前記第１リアクトル回路を接続しない状態に切替えられる第１リアクトル切替部（３５０）と、
   前記第１充電回路の形成時に前記第１変換部と前記第２変換部との間に第２リアクトル回路（Ｌ３）を接続する状態に切替えられ、前記第２充電回路の形成時に前記第１変換部と前記第２変換部との間に前記第２リアクトル回路を接続しない状態に切替えられる第２リアクトル切替部（３６０）とを含む、請求の範囲第６項に記載の蓄電装置の充電装置。
8. 車両（１）に搭載された蓄電装置（７０）の充電方法であって、
   前記車両は、
   車両外部の電源（２１０）から供給される電力を受ける受電部（１１０）と、
   前記受電部から入力された電力を変換し、変換された電力を前記蓄電装置に出力する充電器とを備え、
   前記充電器は、
   第１スイッチング回路（Ｑ１，Ｑ２）を備える第１変換部（３１０）と、
   前記第１変換部に接続され、第２スイッチング回路（Ｑ３〜Ｑ６）を備える第２変換部（３２０）と、
   前記第１スイッチング回路を動作させずに前記第２スイッチング回路を動作させる第１充電を行なうための第１充電回路と、前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路の双方を動作させる第２充電を行なうための第２充電回路とのいずれかに前記充電器の回路構成を切替えるための切替部（３５０、３６０、３７０）とを備え、
   前記充電方法は、
   前記電源の電力で前記蓄電装置を充電する外部充電を開始するか否かを判断するステップと、
   前記外部充電を開始する場合に前記充電器を制御するステップとを含み、
   前記充電器を制御するステップは、前記蓄電装置の蓄電量に基づいて前記充電器の回路構成を前記第１充電回路と前記第２充電回路とのいずれかに切替えるステップを含む、蓄電装置の充電方法。
9. 前記充電器を制御するステップは、
   前記蓄電量がしきい値よりも小さい場合、前記第１充電回路を形成するように前記切替部を制御するとともに前記第１充電を行なうように前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路を制御するステップと、
   前記蓄電量が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２充電回路を形成するように前記切替部を制御するとともに前記第２充電を行なうように前記第１スイッチング回路および前記第２スイッチング回路を制御するステップとを含む、請求の範囲第８項に記載の蓄電装置の充電方法。
10. 前記しきい値は、前記蓄電量の充電時の目標値よりも所定値だけ低い値に設定される、請求の範囲第９項に記載の蓄電装置の充電方法。
11. 前記充電方法は、前記第２充電中に、前記蓄電装置の両端電圧に基づいて前記蓄電量を算出し、算出された前記蓄電量が前記目標値に達したか否かを判定するステップをさらに含む、請求の範囲第１０項に記載の蓄電装置の充電方法。

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