WO2007060903A1

WO2007060903A1 - 充電装置、電動車両および充電システム

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Publication number: WO2007060903A1
Application number: PCT/JP2006/323067
Authority: WO
Inventors: Makoto Nakamura; Hichirosai Oyobe; Tetsuhiro Ishikawa
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-11-22
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2007-05-31
Also published as: CN101312847A; KR20080070869A; US20090115251A1; EP1953031A1; JP2007143370A

Abstract

商用電源（５５）からの蓄電装置（Ｂ）の充電制御時、蓄電装置（Ｂ）の充電と冷却とが時分割して行なわれる。すなわち、制御装置（６０）は、蓄電装置（Ｂ）の温度が上昇すると、システムメインリレー（５）をオフさせ、かつ、昇圧コンバータ（１０）を停止するとともに、インバータ（４０）を駆動してエアコン用コンプレッサ（ＭＣ）を作動させる。そして、制御装置（６０）は、蓄電装置（Ｂ）が冷却されると、システムメインリレー（５）を再びオンさせ、かつ、昇圧コンバータ（１０）を駆動するとともに、インバータ（４０）を停止する。

Description

明細書充電装置、電動車両および充電システム技術分野

この発明は、充電装置、電動車両および充電システムに関し、特に、電動車両に搭載され、車両外部の商用電源;^ら蓄電装置を充電可能な充電装置の充電方法に関する。背景技術

特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報は、電気自動車（Electric Vehicle) やハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle) などの電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源を用いて充電する充電装置を開示する。この充電装置は、蓄電装置を冷却する冷却手段と、充電器からの充電電力によつて冷却手段を駆動する駆動回路とを備える。

この充電装置においては、充電器から蓄電装置へ充電電力が供給されると、充電電力の一部が冷却手段へも供給され、蓄電装置の充電中、蓄電装置は冷却手段によって冷却される。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の温度上昇を抑制することができ、良好な充電を行なうことができる。

し力しながら、特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報に開示される充電装置では、冷却手段による消費電力が大きいと、外部から供給される電力の多くが冷却手段の駆動に用いられ、蓄電装置を充電できなくなる可能性がある。

特に、蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、電力消費量は多いが冷却能力の高い電動エアコンなどを蓄電装置の冷却手段として用いる場合であって、外部から供給される電力（商用電力）の使用量が電力会社との契約により所定量に制限されている一般家庭などにおいて蓄電装置の充電が行なわれる場合においては、特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報に開示される充電装置では、蓄電装置の充電電力を確保できなくなるおそれがある。

すなわち、この充電装置では、入力された商用電力は蓄電装置の充電分と冷却手段の駆動分とに振り分けられるところ、入力された商用電力が冷却手段の駆動と電圧変換の際に発生する損失とによって消費され、蓄電装置の充電電力を全く確保できない事態が発生し得る。

—方、電力会社との契約電力量を引き上げるのは、利用者に負担を強いるものであり、仮に契約電力量を引き上げたとしても、将来的に蓄電装置の大型化およびそれに伴なう冷却手段の冷却能力が増大したときに、蓄電装置の充電電力を確実に確保できることを保障することはできない。発明の開示

そこで、この発明は、力かる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる充電装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ藿電装置を確実に充電することができる電動車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に電することができる充電システムを提供することである。

この発明によれば、充竃装置は、商用電源から供給される商用電力を受ける電力入力部と、電力入力部から入力される商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換して蓄電装置を充電する充電制御部と、蓄電装置を冷却する冷却装置と、充電制御部と冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える。

この発明による充電装置においては、充電制御部と冷却装置とが時分割して駆動ざれることにより蓄電装置の充電と冷却とが時分割して行なわれるので、電力力部から入力された商用電力は、蓄電装置の充電が行なわれる時間帯においては、変換ロスを除いて全て蓄電装置に供給され、蓄電装置の冷却が行なわれる時間帯においては、冷却装置に供給される。 .

したがって、この発明による充電装置によれば、蓄電装置の充電電力を確実に確保することができる。その結果、蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増させることなく、蓄電装置を充電することができる。好ましくは、冷却装置は、電力入力部から入力される商用電力を受けて駆動される。

この充電装置においては、冷却装置の駆動に蓄電装置の電力が用いられない。したがって、この充電装置によれば、効率的に蓄電装置を充電することができる。好ましくは、制御部は、冷却装置による蓄電装置の冷却が充電制御部による蓄電装置の充電よりも優先するように充電制御部および冷却装置を制御する。

この充電装置においては、充電制御部による蓄電装置の充電よりも冷却装置による蓄電装置の冷却が優先される。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の過熱による破損を確実に防止することができる。

好ましくは、制御部は、蓄電装置の充電電力および冷却装置の消費電力の各々が所定量を超えないように充電制御部および冷却装置を制御する。

したがって、この充電装置によれば、商用電力の使用量を所定量、たとえば電力会社との契約電力量までに抑えつつ、蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。

好ましくは、充電装置は、蓄電装置と充電制御部との間に接続され、かつ、制御部から与えられる指令に応じて動作するリレー装置をさらに備える。制御部は、蓄電装置の冷却が行なわれるとき、リレー装置へ遮断指令を出力し、かつ、冷却装置へ駆動指令を出力し、蓄電装置の充電が行なわれるとき、リレー装置へ接続指令を出力し、かつ、冷却装置へ停止指令を出力する。

この充電装置においては、蓄電装置の冷却が行なわれるとき、制御部はリレー装置へ遮断指令を出力するので、蓄電装置が充電制御部から電気的に切離される。そして、蓄電装置の充電が行なわれるとき、制御部はリレー装置へ接続指令を出力し、かつ、冷却装置へ停止指令を出力するので、蓄電装置が充電制御部と電気的に接続され、かつ、冷却装置が停止する。したがって、この充電装置によれば、蓄電装置の冷却と充電とが同時に行なわれることを抑止することができる。

好ましくは、冷却装置は、電動エアコンを含む。

この充電装置においては、蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、電力消費量は多いが冷却能力の高い電動エアコンが冷却装置として用いられる。したがつて、この充電装置によれば、蓄電装置の冷却性を十分に確保しつつ、蓄電装置を確実に充電することができる。

また、この発明によれば、電動車両は、蓄電装置と、蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動機と、上述したいずれかの充電装置とを備える。したがって、この発明による電動車両によれば、蓄電装置を適切に冷却しつつ ' 蓄電装置を確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増加させることなく、蓄電装匱を充電することができる。

好ましくは、電動車両は、内燃機関と、電動機を駆動するための電力を内燃機関の出力を用いて発電可能なもう 1つの電動機とをさらに備える。

： : さらに好ましくは、電動機およびもう 1つの電動機の各々は、星形結線された多相巻線を固定子巻線として含む。充電装置の電力入力部は、電動機およびもう 1つの電動機の各々の多相卷線の中性点に接続ざれる。充電装置の充電制御部は、電動機およびもう 1つの電動機にそれぞれ対応して設けられる第 1および第 2のインバータを含む。第 1および第 2のインバータは、電力入力部によって電動機およびもう 1つの電動機の各々の多相卷線の中性点に与えられる商用電力を、蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。

また、この発明によれば、充電システムは、各々が上述したいずれかの充電装置を含む複数の電動車両と、複数の電動車両が接続され、商用電源かち供給される商用電力を複数の電動車両の少なくとも 1台へ出力する充電設備とを備える。充電設備は、複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えないように複数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む。

この発明による充電システムにおいては、充電設備から複数の電動 ΐ両へ供給される電力の総和が所定量を超えることはない。したがって、この充電システムによれば、商用電力の使用量を所定量、たとえば電力会社との契約電力量までに；抑えつつ、各電動車両において蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。

好ましくは、複数の電動車両の各々は、蓄電装置の充電状態を示す状態量を算出する状態量算出部と、状態量算出部によって算出された状態量を充電設備へ出力する出力部とをさらに含む。電力制御部は、複数の電動車両の各々から受ける状態量が最も少ない電動車両へ商用電力を優先的に出力する。

この充電システムにおいては、蓄電装置の充電状態を示す状態量（S O C ) が最も少ない電動車両が優先的に充電される。したがって、この充電システムによれば、複数の電動車両を効率的に充電することができる。

以上のように、この発明によれば、蓄電装置の充電と冷却とを時分割して行なうようにしたので、蓄電装置の冷却性を確保しつつ蓄電装置を確実に充電することができる。図面の簡単な説明

図 1は、この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイブリツド自動車の全体ブロック図である。

図 2は、図 1に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を示した図である。

図 3は、図 1に示す制御装置による蓄電装置の充電制御に関する処理のフローチャートである。

図 4は、入力ポートから入力される商用電力のハイブリッド自動車内における使用状況を示した図である。

図 5は、仮に蓄電装置の充電と冷却とが同時に行なわれる場合の商用電力の使用状況を示した図である。

図 6は、この発明の実施の形態 2による充電システムを概略的に示す全体ブ口ック図である。

図 7は、図 6に示すハイブリッド自動車の全体ブロック図である。

図 8は、図 6に示す充電ステーションの電力 E C Uによる電力制御に関する処理のフローチャートである。

図 9は、図 6に示す充電ステーションからハイブリッド自動車に供給される商用電力の使用状況を示した図である。発明を実施するための最良の形態

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返さない。

[実施の形態 1 ] 図 1は、この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイブリツド自動車の全体ブロック図である。図 1を参照して、ハイブリッド自動車 1 00は、エンジン 4と、モータジェネレータ MG 1 , MG2と、動力分配機構 3 と、車輪 2とを備える。また、ハイブリッド自動車 100は、蓄電装置 Bと、システムメインリレー 5と、昇圧コンバータ 10と、インバ一タ 20， 30と、入力ポート 50と、制御装置 60と、コンデンサ C l， C 2と、電源ライン PL 1， PL 2と、接地ライン S L 1， S L 2と、 U相ライン UL 1, UL 2と、 V相ライン VL 1， VL 2と、 W相ライン WL 1, WL 2とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車 100は、インバータ 40と、 U相ライン UL 3と、 V相ライン VL 3と、 W相ライン WL 3と、エアコン用コンプレッサ MCと、温度センサ 70とをさらに備える。

動力分配機構 3は、エンジン 4とモータジェネレータ MG 1, MG2とに結合されてこれらの間で動力を分配する。たとえば、動力分配機構 3としては、サンギヤ、プラネタリキヤリャおよびリングギヤの 3つの回転軸を有する遊星歯車機構を用いることができる。この 3つの回転軸がエンジン 4およびモータジエネレータ MG 1， MG 2の各回転軸にそれぞれ接続される。たとえば、モータジエネレータ MG 1のロータを中空としてその中心にエンジン 4のクラング軸を通すことで動力分配機構 3にエンジン 4とモータジェネレータ MG 1， MG2とを機械的に接続することができる。

なお、モータジェネレータ MG 2の回転軸は、図示されない減速ギヤや作動ギャによって車輪 2に結合されている。また、動力分配機構 3の内部にモータジェネレ一タ MG 2の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。

そして、モータジェネレータ MG 1は、エンジン 4によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン 4の始動を行ない得る電動機として動作するものとしてハイブリッド自動車 100に組込まれ、モータジェネレータ MG 2は、駆動輪である車輪 2を駆動する電動機としてハイプリッド自動車 100に組込まれる。 . .

蓄電装置 Bは、システムメインリレー 5を介して電源ライン PL 1および接地ライン S L 1に接続される。コンデンサ C 1は、電源ライン P L 1と接地ライン S L 1との間に接続される。昇圧コンバータ 10は、電源ライン PL 1および接地ライン S L 1と電源ライン PL 2および接地ライン S L 2との間に接続される。コンデンサ C 2は、電源ライン P L 2と接地ライン S L 2との間に接続される。インバータ 20， 30, 40は、電源ライン P L 2および接地ライン S L 2に互いに並列に接続される。

モータジェネレータ MG 1は、図示されない Y結線された 3相コイルをステ一タコイルとして含み、 U， V, W各相ライン UL 1, VL 1， WL 1を介してィンバータ 20に接続される。モータジェネレータ MG 2も、図示されない Y結線された 3相コイルをステータコイルとして含み、 U， V， W各相ライン UL 2, VL 2, WL 2を介してインバータ 30に接続される。そして、モータジエネレータ MG 1, MG 2の 3相コイルの中性点 N 1, N 2にそれぞれ電力入力ライン AC L 1 , AC L 2の一端が接続され、電力入力ライン ACL 1， A C L 2の他端に入力ポート 50が接続される。エアコン用コンプレッサ M3は、 U, V， W 各相ライン UL 3， VL 3, WL 3を介してインバータ 40に接続される。

蓄電装置 Bは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素ゃリチゥムイオン等の二次電池からなる。蓄電装置 Bは、昇圧コンバータ 10へ直流電力を供給する。また、蓄亀装置 Bは、昇圧コンバータ 10から電源ライン PL 1 へ出力される直流電力を受けて充電される。なお、蓄電装置 Bとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

システムメインリレー 5は、制御装置 60からの信号 S Eに応じて、蓄電装置

Bと電源ライン P L 1および接地ライン S L 1との電気的な接続および切離しを行なう。具体的には、システムメインリレー 5は、信号 SEが活性化されているとき、蓄電装置 Bを電源ライン P L 1および接地ライン S L 1と電気的に接続する。また、システムメインリレー 5は、信号 SEが非活性化されているとき、蓄電装置 Bを電源ライン PL 1および接地ライン S L 1から電気的に切離す。

コンデンサ C 1は、電源ライン P L 1と接地ライン S L 1との間の電圧変動を平滑化する。昇圧コンバータ 10は、制御装置 60からの信号 PWCに基づいて、蓄電装置 Bから受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ライン P L 2へ出力する。また、昇圧コンバータ 10は、制御装置 60からの信号 PWC に基づいて、電源ライン P L 2を介してインバータ 2 0， 3 0から受ける直流電圧を蓄電装置 Bの電圧レベルに降圧して蓄電装置 Bを充電する。昇圧コンバータ 1 0は、たとえば、昇降圧型のチヨツバ回路などによって構成される。

コンデンサ C 2は、電源ライン P L 2と接地ライン S L 2との間の電圧変動を ' 平滑化する。インバータ 2 0は、制御装置 6 0からの信号 P WM 1に基づいて、電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、その変換した 3 相交流電圧をモータジェネレータ MG 1へ出力する。また、インバ一タ 2 0は、エンジン 4の出力を受けてモータジェネレータ MG 1が発電した 3相交流電圧を制御装置 6 0からの信号 P WM 1に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ライン P L 2へ出力する。

インバ一タ 3 0は、制御装置 6 0からの信号 P WM 2に基づいて、電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、その変換した 3相交流電圧をモータジェネレータ MG 2へ出力する。これにより、モータジェネレータ MG 2は、指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバ一タ 3 0は、車両の回生制動時、車輪 2からの回転力を受けてモータジェネレータ MG 2が発電した 3相交流電圧を制御装置 6 0からの信号 P WM 2に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ライン P L 2へ出力する。

また、インバータ 2 0， 3 0は、入力ポート 5 0から入力される商用電源 5 5 からの商用電力を用いて蓄電装置 Bの充電が行なわれるとき、入力ポート 5 0から電力入力ライン A C L 1 , A C L 2を介してモータジェネレータ MG 1 , MG 2の中性点 N l， N 2に与えられる商用電力を制御装置 6 0からの信号 P WM l， P WM 2に基づいて直流電力に変換し、その変換した直流電力を電源ライン P L 2へ出力する。

モータジェネレータ MG 1， MG 2は、 3相交流電動機であり、たとえば 3相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ MG 1は、エンジン 4の出力を用いて 3相交流電圧を発生し、その発生した 3相交流電圧をインバ一タ 2 0へ出力する。また、モータジェネレータ MG 1は、インバータ 2 0から受ける 3相交流電圧によって駆動力を発生し、エンジン 4の始動を行なう。モータジェネレータ MG 2は、インバータ 3 0から受ける 3相交流電圧によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ MG 2は、車両の回生制動時、 3相交流電圧を発生してインバータ 30へ出力する。

入力ポート 50は、商用電源 5 5からの商用電力をハイブリッド自動車 100 に入力するための入力端子である。入力ポート 50は、商用電源 55のコンセントに接続され、たとえば、自宅の電源コンセントに接続される。また、入力ポ一ト 50は、制御装置 60からの信号 ENに応じて動作するリレーを内部に備えており（図示せず）、その信号 ENに応じて電力入力ライン ACL 1， ACL 2と商用電源側との電気的な接続および切離しを行なう。

インバータ 40は、制御装置 60からの信号 PWM3に基づいて、電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、その変換した 3相交流電圧をエアコン用コンプレッサ MCへ出力する。

エアコン用コンプレッサ MCは、このハイブリッド自動車 10◦に搭載される電動エアコンに用いられるコンプレッサである。エアコン用コンプレッサ MCは、 3相交流電動機から成り、インバータ 40から受ける 3相交流電圧によって駆動される。.エアコン用コンプレッサ MCが駆動されて電動エアコンが作動すると、電動エアコンは、車室内の空調装置として機能するとともに、蓄電装置 Bを冷却する冷却装置として機能十る。

温度センサ 7 Qは、蓄電装置 Bの温度 Tを検出し、その検出した温度 Tを制御装置 60へ出力する。

制御装置 60は、昇圧コンバータ 10を駆動するための信号 PWCおよびインバ一タ 20， 30をそれぞれ駆動するための信号 PWM 1， PWM2を生成し、その生成した信号 PWC， PWM1, PWM 2をそれぞれ昇圧コンバータ 10およびインバ一タ 20， 30へ出力する。

また、制御装置 60は、商用電源 55からの商用電力による蓄電装置 Bの充電時、入力ポート 50から電力入力ライン AC L 1， AC L 2を介して中性点 N 1 , N 2に与えられる商用電力を直流電力に変換して蓄電装置 Bの充電が行なわれるように、インバータ 20， 30および昇圧コンバータ 10をそれぞれ制御するための信号 PWM1, PWM2, PWCを生成し、信号 SEを活性化する。

ここで、制御装置 60は、温度センサ 70からの温度 Tに基づいて蓄電装置 B の温度を監視する。そして、制御装置 6 0は、蓄電装置 Bの温度上昇を示す予め設定されたしきい値を蓄電装置 Bの温度が超えると、信号 S Eを非活性化し、かつ、信号 P WCの生成を停止するとともに、信号 P WM 3を生成してインバータ 4 0へ出力する。

そして、制御装置 6 0は、蓄電装置 Bが冷却されたことを示す予め設定されたしきい値を蓄電装置 Bの温度が下回ると、信号 S Eを再び活性化し、かつ、信号 P WCを生成するとともに、信号 P WM 3の生成を停止する。

すなわち、制御装置 6 0は、蓄電装置 Bの温度が上昇すると、システムメインリレー 5をオフさせ、かつ、昇圧コンバータ 1 0を停止するとともに、インバータ 4 0を駆動してエアコン用コンプレッサ M Cを作動させる。これにより、蓄電装置 Bへの給電が遮断され、入力ポート 5 0から入力された電力がエアコン用コンプレッサ MCに給電されて蓄電装置 Bの冷却が行なわれる。

そして、制御装置 6 0は、蓄電装置 Bが冷却されると、システムメインリレー .5を再びオンさせ、かつ、昇圧コンバータ 1◦を駆動するとともに、インバータ 4 0を停止する。これにより、エアコン用コンプレッサ MCへの給電が停止され、入力ポート 5 0から入力された電力は、インバータ 2 0， 3 0および昇圧コンパ —タ 1 0におけるスィツチング損失分を除いて蓄電装置 Bに全て供給される。このように、このハイブリッド自動車 1 0 0においては、蓄電装置 Bの充電制御時、蓄電装置 Bの充電と冷却とが時分割して行なわれる。

図 2は、図 1に示したインバータ 2 0， 3 0およびモータジェネレータ MG 1 , MG 2のゼロ相等価回路を示す。 3相インバータであるインバータ 2 0 , 3 0の各々においては、 6個のトランジスタのオン Zオフの組合わせは 8パターン存在する。その 8つのスィツチングパターンのうち 2つは相間電圧がゼロとなり、そのような電圧状態はゼロ電圧べクトノレと称される。ゼロ電圧べクトルについては、上アームの 3つのトランジスタは互いに同じスィツチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの 3つのトランジスタも互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図 2では、インバータ 2 0の上アームの 3つのトランジスタは上アーム 2 O Aとしてまとめて示され、インバータ 2 0の下アームの 3つのトランジスタは下アーム 2 0 Bとしてまとめ：て示されている。同様に、インバータ 3 0の上アームの 3つのトランジスタは上アーム 3 O Aとしてまとめて示され、インバ一タ 3 0の下アームの 3つのトランジスタは下アーム 3 0 Bとしてまとめて示されている。

図 2に示されるように、このゼロ相等価回路は、電力入力ライン A C L 1 , A C L 2を介して中性点 N 1， N 2に与えられる交流の商用電力を入力とする単相 P WMコンバータとみることができる。そこで、インバータ 2 0 , 3 0の各々においてゼロ電圧ベクトルを変化させ、インバータ 2 0， 3 0をそれぞれ単相 P W Mコンバータの各相アームとして動作するようにスイッチング制御することによつて、交流の商用電力を直流電力に変換して電源ライン P L 2へ出力することができる。

：図 3は、図 1に示した制御装置 6 0による蓄電装置 Bの充電制御に関する処理のフローチャートである。 .なお、このフローチャートに示される処理は、一定時

：間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行され

' る。' .

図 3を参照して、制御装置 6 0は、まず、蓄電装置 Bの充電制御中であるか否：かを判定する（ステップ S 1 0 ) 。蓄電装置 Bの充電制御中であるか否かについ , ては、商用電源 5 5からの商用電力が入力ポート 5 0に印加され、かつ、入力ポ —ト 5 0内のリレーがオンされているとき、充電制御中であると判定される。そして、制御装置 6 0は、充電制御中でないと判定すると（ステップ S 1 0において N O) 、以降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、メインル一チンに処理が戻される。

ステップ S 1 0において充電制御中であると判定されると（ステップ S 1 0において Y E S ) 、制御装置 6 0は、温度センサ 7 0からの温度 Tに基づいて、蓄電装置 Bの温度上昇を示す予め設定されたしきい値 T 1よりも蓄電装置 Bの温度が高いか否かを判定する（ステップ S 2 0 ) 。制御装置 6 0は、蓄電装置 Bの温度がしきい値 T 1以下であると判定すると（ステップ S 2 0において N O) 、以降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、メインルーチンに処理が戻される。

一方、蓄電装置 Bの温度がしきい値 T 1よりも高いと判定されると（ステップ S 2 0において Y E S ) 、制御装置 6 0は、信号 P WM 3を生成してインバータ 4 0へ出力し、エアコン用コンプレッサ M Cに対応するインバ一タ 4 0を駆動する（ステップ S 3 0 ) 。さらに、制御装置 6 0は、蓄電装置 Bの充電制御の開始に伴なつて活性化した信号 S Eを非活性化し、システムメインリレー 5をオフさせる（ステップ S 4 0 ) 。なお、このとき、制御装置 6 0は、昇圧コンバータ 1 0も停止させる。システムメインリレー 5がオフされ、昇圧コンバータ 1 0が停止することにより、入力ポート 5 0から入力される電力は全てエアコン用コンプレッサ M Cに供給され、電動エアコンにより蓄電装置 Bが冷却される。

電動エアコンによる蓄電装置 Bの冷却中、制御装置 6 0は、温度センサ 7 0からの温度 Tに基づいて、蓄電装置 Bが十分に冷却されたことを示す予め設定されたしきい値 T 2 ( < T 1 ) を蓄電装置 Βの温度が下回ったか否かを判定する（ス：. テツプ S 5 0 ) 。

そして、制御装置 6 0は、蓄電装置 Βの温度がしきい値 Τ 2を下回ったと判定すると（ステップ S 5 0において Y E S ) 、信号 S Eを活性化し、システムメインリレー 5をオンさせる（ステップ S 6 0 ) 。なお、このとき、制御装置 6 0は、 . 昇圧コンバータ 1 0の駆動も開始する。さらに、制御装置 6 0は、信号 P WM 3 のインバータ 4 0への出力を停止してインバータ 4 0を停止する（ステップ S 7 0 ) 。これにより、入力ポート 5 0から入力される電力は、インバータ 2 0 ， 3 0および昇圧コンバータ 1 0におけるスイッチング損失分を除いて蓄電装置 Βへ全て供給ざれ、蓄電装置 Βが充電される。

図 4は、入力ポート 5 0から入力される商用電力のハイブリッド自動車 1 0 0 内における使用状況を示した図である。図 4を参照して、横軸は、時間を示し、縦軸は、入力ポート 5 0から入力される商用電力を示す。ハイブリッド自動車 1 0 0が使用可能な電力量は、電力会社との契約電力によって制限される。

この図 4では、蓄電装置 Βの温度に基づいて、時刻 t 0 〜 t 1および t 2 〜 t

3においては、入力された商用電力は蓄電装置 Bの冷却に使用されている。また、時刻 t 1 〜 t 2および t 3 〜 t 4においては、入力された商用電力は蓄電装置 B の充電に使用されている。

比較として、図 5は、仮に蓄電装置 Bの充電と冷却とが同時に行なわれる場合の商用電力の使用状況を示した図である。図 5を参照して、たとえば夏の炎天下など高温の環境下においては、図に示されるように、入力された商用電力は蓄電装置 Bの冷却に多く充てられる。特に、電動エアコンは、その冷却能力は大きいが消費電力も大きい。したがって、蓄電装置 Bの充電は常時行なわれているけれども、蓄電装置 Bに入力される充電電力は小さい。そして、インバ一タ 2 0， 3 0や昇圧コンバータ 1 0においては、スイッチング損失が発生するため、蓄電装置 Bに入力されるはずの充電電力がスィツチング損失によって 0になり得る。これに対して、この実施の形態 1では、上述のように、蓄電装置 Bの冷却と充電とを時分割で行なうようにしたので、蓄電装置 Bの充電が行なわれる時間帯が仮に少なくなつても、充電が行なわれる時間帯（図 3の時刻 t 1〜 t 2および t 3〜t 4 ) においては、十分な充電電力が確保され、インバータ 2 0， 3 0や昇圧コンバータ 1 0のスィツチング損失によって蓄電装置 Bに入力される充電電力が 0となることはなレ、。

なお、上記においては、商用電源 5 5からの蓄電装置 Bの充電制御時においては、入力ポート 5 0から入力される商用電力を用いてエアコン用コンプレッサ M Cを駆動するものとしたが、入力ポート 5 0から入力される商用電力に代えて、蓄電装置 Bに蓄電されている電力を用いてエアコン用コンプレッサ M Cを駆動してもよい。なお、.この場合において、蓄電装置 Bに蓄電されている電力を甩いてエアコン用コンプレッサ M Cを駆動することにより蓄電装置 Bの充電状態 (State of Charge： S O C ) が大きく低下した場合には、上述のように、入力ポート 5 0から入力される電力がエアコン用コンプレッサ MCへ供給されるように切替可能としてもよレ、。

以上のように、この実施の形態 1によれば、蓄電装置 Bの充電と冷却とを時分割して行なうようにしたので、蓄電装置 Bの充電電力を確実に確保することができる。その結果、蓄電装置 Bの冷却性を確保しつつ蓄電装置 Bを確実に充電することができる。また、商用電力の契約電力量を増加させることなく、蓄電装置 B " を充電することができる。

[実施の形態 2 ]

実施の形態 2では、複数台の電動車両を充電可能な充電システムの構成が示される。

図 6は、この発明の実施の形態 2による充電システムを概略的に示す全体プロック図である。なお、この図 6では、 2台の電動車両が充電される場合が代表的に示される力充電される電動車両は 3台以上であってもよい。

図 6を参照して、この充電システム 200は、ハイブリッド自動車 10 OA, Ι Ο Οβと、充電ステーション 80と、商用電源 55とを備える。ハイブリッド自動車 100 Α， 100 Βの各々は、入力ポート 5 OAによって充電ステーション 80に接続され、商用電源 55から供給される商用電力を充電ステーション 8 0から電力入力ライン AC L 1， AC L 2を介して受ける。また、ハイブリッド自動車 10 OA, 10 OBの各々は、搭載される蓄電装置の SOCを算出し、その算出した SOCを信号線 SGLを介して充電ステ一ション 80へ出力する。充電ステーション 80は、商用電源 55から商用電力を受け、その受けた商用電力をハイブリッド自動車 100 A， 10 O Bへ供給する。充電ステーション 8 0は、電力 ECU (Electronic Control Unit) 82を含む。電力 ECU 82は、ハイブリッド自動車 100A, 1 00 Bの各々から信号線 S G Lを介して各車両に搭載された蓄電装置の S OCを受ける。そして、電力 ECU82は、 SOCの低い車両に搭載される蓄電装置が優先して充電されるように、充電ステーション 80からハイプリッド自動車 10 OA, 100 Bへ出力する電力を制御する。図 7は、図 6に示したハイブリッド自動車 100A, 10 OBの全体ブロック図である。なお、ハイプリッド自動車 100Bの構成は、ハイプリッド自動車 1 00 Aと同じであるので、以下では、ハイブリッド自動車 100Aについて説明する。

図 7を参照して、ハイブリッド自動車 100Aは、図 1に示した実施の形態 1 によるハイブリッド自動車 100の構成において、信号線 SGLをさちに備え、入力ポ一ト 50および制御装置 60に代えてそれぞれ入力ポート 5 OAおよび制御装置 6 OAを備える。

信号線 SGLは、制御装置 6 OAと入力ポート 5 OAとの間に配設される。制御装置 6 OAは、蓄電装置 Bの S OCを算出し、その算出した SOCを信号線 S GLへ出力する。なお、蓄電装置 Bの SOCの算出方法については、蓄電装置 B の端子間電圧ゃ充放電電流、温度などを用いて、公知の手法を用いることができ

• ■る。 .

入力ポート 5 OAは、制御装置 6 OAから信号線 SGLを介して受ける蓄電装 . 置 Bの SOCを図示されない充電ステーション 80へ出力する。なお、入力ポート 5 OAのその他の構成は、図 1に示される入力ポート 50と同じである。 . なお、ハイブリッド自動車 10 OAのその他の構成は、図 1に示したハイブリッド自動車 100と同じである。

図 8は、図 6に示した充電ステーション 80の電力 ECU82による電力制御に関する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行される。

図 8を参照して、電力 ECU 8 2は、充電ステーショ 80に接続されたハイブリツド自動車 100A, 100 Bの各々から各車両に搭載される蓄電装置 Bの SOCを信号線 SGLから取得する（ステップ S 1 10) 。

次いで、電力 ECU82は、各車両から取得した SOCの差（絶対値）を算出し、ハイブリッド自動車 10 OA， 100 Bにおける SOCが略同等のレベルに _: なったことを示す予め設されたしきい値 Δ SOCをその算出された S〇C差が：下回ったか否かを判定する（ステップ S 1 20) 。

電力 ECU82は、算出された SOC差（絶対値）がしきい値 A SOC以上であると判定すると（ステップ S 1 20において ΝΌ) 、充電ステーション 8ひから SOCが低い方の車両へ優先的に商用電力が供給されるように、充電ステーシ；ヨン 80から出力される電力を制御する（ステップ S 1 30) 。

一方、ステップ S 1 20において算出された S〇C差（絶対値）がしきい値 Δ S〇Cを下回っていると判定されると（ステップ S 1 20において YES) 、電力 ECU 82は、充電ステーション 8◦から 2台のハイブリッド自動車 100 A， 100 Bへ略均等に商用電力が供給されるように、充電ステーション 80から出力される電力を制御する（ステップ S 140) 。

図 9は、図 6に示した充電ステーション 80からハイブリッド自動車 100 A， 100 Bに供給される商用電力の使用状況を示した図である。図 9を参照して、横軸は、時間を示し、縦軸は、充電ステーション 80からハイブリッド自動車 1 ◦ 0 Aおよび Zまたは 1 00 Bへ供給される商用電力を示す。また、「冷却 (A) 」は、充電ステーション 80から供給される商用電力がハイブリッド自動車 1 0 OAに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用されることを示し、「冷却 (B) 」は、ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用されることを示す。さらに、「充電（A) 」は、充電ステーション 80から供給される商用電力がハイブリッド自動車 1 0 OAに搭載される蓄電装置 Bの充電に使用されることを示し、「充電（B) 」は、ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの充電に使用されることを示す。そして、充^:ステーション 8 0からハイブリッド自動車 100 Aおよび Zまたは 100 Bへ供給可能な電力量は、電力会社との契約電力によって制限される。

この図 9では、時刻 t O〜t 4においては、ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの SOCがハイブリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装置 Bの SOCよりも低いので、ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bがハイプリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装置 Bに優先して充電される。なお、ハイプリッド自動車 1 00 Bに搭載される蓄電装置 Bの温度に基づいて、時刻 t 0〜 t 1および t 2〜 t 3においては、入力された商用電力は、ハイブリツド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用され、時刻 t l〜 t 2および t 3〜 t 4においては、蓄電装置 Bの充電に使用されてい。

そして、時刻 t 4において、ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの SOCがハイブリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装置 Bの SOCと略同等になると、その後は、契約電力の範囲内でハイプリッド自動車 10 OA, 100 Bに略均等に電力が供給される。

なお、この図 9では、時刻 t 4〜t 8において、ハイブリッド自動車 10 OA， 1◦ 0 Bの各々に搭載された蓄電装置 Bの冷却および充電の切替タイミングがハイブリツド自動車 10 OA, 10◦ Bにおいて同じタイミングで行なわれる場合が示されているが、ハイブリッド自動車 10 OA, 100 Bの各々における蓄電装置 Bの冷却および充電の切替タイミングは、必ずしも同じである必要はなく、各車両に搭載される蓄電装置 Bの温度に基づいて決定される。以上のように、この実施の形態 2によれば、商用電力の使用量を電力会社との契約電力量までに抑えつつ、各ハイブリッド自動車 10 OA， 10 OBにおいて蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。また、蓄電装置の SO Cが低い車両を優先的に充電するようにしたので、複数の車両を効率的に充電することができる。

なお、上記の各実施の形態 1, 2においては、蓄電装置 Bを冷却する冷却装置として、エアコン用コンプレッサ MCを含む電動エアコンを用いるものとしたが、電動エアコンに代えて冷却ファンなどを別途設けてもよい。

また、上記においては、この発明による電動車両の一例としてハイブリッド自動車の場合が示されたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限定されるものではなく、電気自動車 (Electric Vehicle) や、燃料電池（Fuel Cell) と商用電力を用いて充電可能な蓄電装置とを搭載した燃料電池車なども含 ■ ^: むものである。

" また、上記においては、モータジェネレータ MG 1， 1^02の中性点1^1, ^ 2から商用電力を入力するものとしたが、 AC/DCコンバータを別途設けて商用電源 55からの商用電力を入力するようにしてもよい。なお、モータジエネレータ MG 1 , MG 2の中性点 N 1 , N 2に商用電力が入力される上記の各実施の形態 2によれば、 AC/DCコンバータを別途設ける必要がないので、車両の軽量化や低コスト化に寄与し得る。

また、上記においては、昇圧コンバータ 10が設けられているが、この発明は、圧コンバータ 10を備えていない電動車両にも適用可能である。

なお、上記において、入力ポート 50 (5 OA) および電力入力ライン AC L 1， ACL 2は、この発明における「電力入力部」を形成し、インバータ 20, 30、昇圧コンバータ 10、システムメインリレー 5および制御装置 60 (60 A) は、この発明における「充電制御部」を形成する。また、エアコン用コンプレッサ MCおよびインバータ 40は、この発明における「冷却装置」に対応し、制御装置 60 (6 OA) は、この発明における「制御部」に対応する。さらに、システムメインリレー 5は、この発明における「リレー装置」に対応し、モータジェネレータ MG 2は、この発明における「電動機」に対応する。また、さらに、充電ステーション 8 0は、この発明における「充電設備」に対応し、電力 E C U 8 2は、この発明における「電力制御部」に対応する。また、さらに、制御装置 6 O Aは、この発明における「状態量算出部」に対応し、入力ポート 5 O Aは、この発明における「出力部」に対応する。また、さらに、ェンジン 4は、この発明における「内燃機関」に対応し、モータジェネレータ MG 1 は、この発明における「もう 1つの電動機 J に対応する。

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、上記した実施の形態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。

Claims

請求の範囲

1 . 商用電源から供給される商用電力を受ける電力入力部と、

前記電力入力部から入力される前記商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換し

5. て前記蓄電装置を充電する充電制御部と、

前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、

前記充電制御部と前記冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える充電装置。

2 . 前記冷却装置は、前記電力入力部から入力ざれる前記商用電力を受けて駆動される、請求の範囲第 1項に記載の充電装置。

' 3 . 前記制御部は、前記冷却装置による前記蓄電装置の冷却が前記充電制御部による前記蓄電装置の充電よりも優先するように前記充電制御部および前記冷却装 ' 置を制御する、請求の範囲第 1項に記載の充電装置。

4 . 前記制御部は、前記蓄電装置の充電電力および前記冷却装置の消費電力の5 . 各々が所定量を超えないように前記充電制御部および前記冷却装置を制御する、 . . 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。

5 . 前記蓄電装置と前記充電制御部との間に接続され、前記制御部から与えられる指令に応じて動作するリレー装置をさらに備え、

前記制御部は、

0 前記蓄電装置の冷却が行なわれるとき、前記リレー装置へ遮断指令を出力し、かつ、前記冷却装置へ駆動指令を出力し、

前記蓄電装置の充電が行なわれるとき、前記リレー装置へ接続指令を出力し、かつ、前記冷却装置へ停止指令を出力する、請求の範囲第 1項に記載の充電装置。

6 . 前記冷却装置は、電動エアコンを含む、請求の範囲第 1項に記載の充電装置。5

7 . 蓄電装置と、

前記蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動機と、

請求の範囲第 1項から第 6項のいずれか 1項に記載の充電装置とを備える電動車両。

8 . 内燃機関と、前記電動機を駆動するための電力を前記内燃機関の出力を用いて発電可能なもう 1つの電動機とをさらに備える、請求の範囲第 7項に記載の電動車両。

9 . 前記電動機および前記もう 1つの電動機の各々は、星形結線された多相巻線を固定子巻線として含み、

前記充電装置の電力入力部は、前記電動機および前記もう 1つの電動機の各々の多相巻線の中性点に接続され、

前記充電装置の充電制御部は、前記電動機および前記もう 1つの電動機にそれぞれ対応して設けられる第 1および第 2のインバータを含み、

前記第 1および第 2のインバータは、前記電力入力部によって前記電動機および前記もう 1つの電動機の各々の多相巻線の中性点に与えられる商用電力を、前記蓄電装置を充電するための直流電力に変換する、請求の範囲第 8項に記載の電動車両 _D

1 0 . 各々が請求の範囲第 1項から第 6項のいずれか 1項に記載の充電装置を含む複数の電動車両と、

前記複数の電動車両が接続され、商用電源から供給される商用電力を前記複数の電動車両の少なくとも 1台へ出力する充電設備とを備え、

前記充電設備は、前記複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えないように前記複数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む、充電システム。

1 1 . 前記複数の電動車両の各々は、

前記蓄電装置の充電状態を示す状態量を算出する状態量算出部と、

前記状態量算出部によって算出された状態量を前記充電設備へ出力する出力部とをさらに含み、

前記電力制御部は、前記複数の電動車両の各々から受ける前記状態量が最も少ない電動車両へ前記商用電力を優先的に出力する、請求の範囲第 1 0項に記載の充電システム。