WO2012053084A1 - 電動車両の電源システムおよびその制御方法ならびに電動車両 - Google Patents

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遠齢 洪
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply system for an electric vehicle, a control method therefor, and an electric vehicle. More specifically, the present invention relates to a main power storage device (high voltage) for power supply for traveling motors and a sub power storage device for auxiliary power supply including a control device. The present invention relates to charging control of an auxiliary battery in an electric vehicle equipped with (low pressure) and capable of being charged by an external power source.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laying-Open No. 2009-27774 describes a configuration of an electric vehicle with improved charging efficiency during external charging.
  • the electric vehicle described in Patent Document 1 is based on a main battery that can be charged by an external power source, a DC / DC converter that steps down the voltage of the main battery, and an output voltage of the DC / DC converter. And an auxiliary battery to be charged.
  • the DC / DC converter is continuously operated during vehicle operation, while the DC / DC converter is intermittently operated during external charging. Thereby, the power consumption in a DC / DC converter can be suppressed and the charging efficiency of external charging can be improved.
  • an auxiliary battery is charged with electric power from an external power source in parallel with the main battery during external charging.
  • the auxiliary battery is charged by the DC / DC converter stepping down the output power of the main battery.
  • This DC / DC converter is connected in the middle of an energization path from the main power storage device to the traveling motor.
  • the electric power exchanged between the main power storage device and the electric motor for traveling while the vehicle is traveling is larger than the electric power supplied from an external power source during external charging.
  • the DC / DC converter has a relatively large power capacity, and its power consumption is larger than that of the power converter used for external charging.
  • a relatively large-capacity main relay that is turned on when the system is started is generally arranged in the energization path between the main power storage device and the traveling motor.
  • the excitation current for turning on the main relay is also generally supplied by the power of the auxiliary battery. For this reason, in order to start charging of the auxiliary battery in a state where the external power source is not connected, the power consumption of the auxiliary battery for operating the DC / DC converter and / or the main relay is increased.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to provide an externally chargeable electric vehicle, even when the output of the sub power storage device that is the power source of the control system is reduced. It is an object of the present invention to provide a configuration of a power supply system that can reliably form a charging path for a sub power storage device using power from a main power storage device.
  • a power system for an electric vehicle includes a main power storage device, a charging device, a sub power storage device, a first power converter, a second power converter, and a control device.
  • the main power storage device is configured to store electric power that is input to and output from an electric motor that generates vehicle driving power.
  • the charging device includes a first power conversion that converts power from an external power source into charging power for the main power storage device, and a second power that is at least a part of power conversion in a direction opposite to the first power conversion. The conversion is configured to be selectively executed.
  • the output voltage of the sub power storage device is lower than the output voltage of the main power storage device.
  • the power consumption of the first power converter is greater than the sum of the power consumption of the second power converter and the power consumption of the charging device second power conversion.
  • control device selects the second charge and charges the sub power storage device when the state value indicating the output state of the sub power storage device is lower than a predetermined determination value.
  • the selecting step selects the second charge and charges the sub power storage device when the state value indicating the output state of the sub power storage device is lower than a predetermined determination value.
  • the charging path of the sub power storage device is reliably formed by the power from the main power storage device can do.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric vehicle equipped with a power supply system according to an embodiment of the present invention.
  • electric vehicle 100 includes a power storage device 110 corresponding to a “main power storage device”, a system main relay (hereinafter also referred to as SMR (System Main Relay)) 115, and a PCU (Power Control Unit). 120, a motor generator 130 that is an electric motor for traveling, a power transmission gear 140, drive wheels 150, and a control device 300.
  • SMR System Main Relay
  • PCU Power Control Unit
  • the power storage device 110 is a power storage element configured to be chargeable / dischargeable, and typically includes a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery.
  • the output voltage of power storage device 110 is about 200V.
  • power storage device 110 may be configured by a power storage element such as an electric double layer capacitor or a combination of a power storage element and a secondary battery.
  • the control device 300 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an electronic control unit including an input / output buffer (not shown).
  • Control device 300 (hereinafter also referred to as ECU 300) controls each device mounted on electric vehicle 100. Note that these controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).
  • the power storage device 110 is connected to the power line PL1 and the ground line NL1 via the SMR 115. Power line PL1 and ground line NL1 are connected to PCU 120 for driving motor generator 130. Power storage device 110 supplies electric power for generating driving force of electric powered vehicle 100 to PCU 120. In addition, power storage device 110 stores electric power generated by motor generator 130.
  • the one end of the relay included in SMR 115 is connected to the positive terminal and the negative terminal of power storage device 110, respectively.
  • the other end of the relay included in SMR 115 is connected to power line PL1 and ground line NL1 connected to PCU 120, respectively.
  • SMR 115 switches between power supply and cutoff between power storage device 110 and PCU 120 based on control signal SE ⁇ b> 1 from ECU 300.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the PCU 120.
  • PCU 120 includes a converter 121, an inverter 122, and smoothing capacitors C1 and C2.
  • Converter 121 performs bidirectional power conversion between power line PL1 and ground line NL1, power line HPL and ground line NL1, based on control signal PWC from ECU 300.
  • a circuit configuration of a power conversion circuit for example, a bidirectional chopper circuit
  • a DC voltage conversion function can be arbitrarily applied.
  • the inverter 122 is connected to the power line HPL and the ground line NL1. Inverter 122 converts DC power supplied from converter 121 into AC power based on control signal PWI from ECU 300 and drives motor generator 130. As the inverter 122, a general three-phase inverter circuit configuration can be applied.
  • a configuration in which one motor generator and inverter pair is provided is shown as an example, but a configuration in which a plurality of motor generator and inverter pairs are provided may be employed.
  • Smoothing capacitor C1 is provided between power line PL1 and ground line NL1, and reduces voltage fluctuation between power line PL1 and ground line NL1.
  • Capacitor C2 is provided between power line HPL and ground line NL1, and reduces voltage fluctuation between power line HPL and ground line NL1.
  • the output torque of the motor generator 130 is transmitted to the drive wheels 150 via a power transmission gear 140 configured by a reduction gear and a power split mechanism (not shown).
  • the electric vehicle 100 travels by the torque transmitted to the drive wheels 150.
  • Motor generator 130 can generate electric power by the rotational force of drive wheel 150 during regenerative braking of electric vehicle 100. Then, the generated power is converted into charging power for power storage device 110 by PCU 120.
  • the power supply system further includes a charging device 200, an AC / DC converter 210, a charging relay 240, and a connection unit 250 as a configuration (external charging system) for externally charging power storage device 110 with electric power from external power supply 260.
  • a charging device 200 for externally charging power storage device 110 with electric power from external power supply 260.
  • external power supply 260 is a commercial AC power supply.
  • CHR 240 is connected between the positive terminal of power storage device 110 and power line PL2, and between the negative terminal of power storage device 110 and ground line NL2.
  • CHR 240 forms or blocks an energization path between power storage device 110 and charging device 200 based on control signal SE2 from ECU 300.
  • DC / DC converter 204 converts the DC power on power line PL4 into the charging power of power storage device 110 through a DC voltage conversion operation, and outputs the power between power line PL2 and ground line NL2. That is, the DC / DC converter 204 corresponds to a “fourth power converter”, and the power line PL4 corresponds to a “second power line”.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the charging device 200.
  • AC / DC converter 202 includes reactors L ⁇ b> 1 and L ⁇ b> 2, a smoothing capacitor C ⁇ b> 3, and a bridge circuit 112.
  • the charging device 200 is configured to perform at least a part of power conversion in a direction opposite to the power conversion for external charging described above.
  • each of the AC / DC converter 202 and the DC / DC converter 204 is configured to be capable of power conversion in both directions.
  • DC / DC converter 204 has a function of converting DC voltage Vdc transmitted from power storage device 110 to power line PL2 and ground line NL2 and outputting the voltage between power line PL4 and ground line NL4. Also have. This function can be realized by on / off control of the power semiconductor switching elements constituting the bridge circuits 114 and 116.
  • DC / DC converter 170 is connected to power line PL1 and ground line NL1, and reduces the DC voltage supplied from power storage device 110 based on control signal PWD from ECU 300.
  • DC / DC converter 170 supplies power to the low-voltage system of the entire vehicle such as auxiliary battery 180, auxiliary load 190, and ECU 300 via power line PL3. Further, the operating power of DC / DC converter 170 (for example, the power consumption of the control power supply) is also supplied from power line PL3 by the power of auxiliary battery 180.
  • DC / DC converter 170 is connected to the path between power storage device 110 and motor generator 130, and is configured to convert the power from power storage device 110 into the charging power of auxiliary battery 180.
  • the DC / DC converter 170 is typically a switching regulator including a power semiconductor switching element (not shown), and any known circuit configuration can be applied.
  • AC / DC converter 210 is connected between power lines ACL1, ACL2 and power line PL3. It is preferable to use AC / DC converter 210 provided for the purpose of charging auxiliary battery 180 during external charging.
  • the AC / DC converter 210 is controlled by a control signal PWF from the ECU 300 and converts an AC voltage supplied from the external power supply 260 into a DC voltage.
  • PWF control signal
  • the SMR 115 is kept off and the DC / DC converter 170 is not started, and the external battery 180 is charged and discharged from the AC / DC converter 210 during external charging.
  • the auxiliary machine load 190 can be driven.
  • the electric power exchanged between power storage device 110 and motor generator 130 during vehicle operation is larger than the electric power supplied from external power supply 260 to power storage device 110 during external charging. Therefore, the current capacity of SMR 115 that operates during vehicle operation is larger than the current capacity of CHR 240 that operates during external charging. For this reason, the power consumption for turning on the SMR 115 (mainly the excitation current of the relay) is larger than the power consumption for turning on the CHR 240.
  • ECU 300 outputs control signals for controlling SMR 115, PCU 120, DC / DC converter 170, charging device 200, AC / DC converter 210, CHR 240, and the like.
  • the power of the auxiliary battery 180 is usually converted by converting the electric power from the power storage device 110 by the DC / DC converter 170. Charging power is generated.
  • the auxiliary battery 180 is charged, it is necessary to turn on the SMR 115 and supply the operating power of the DC / DC converter 170 from the auxiliary battery 180. For this reason, when the output of the auxiliary battery 180 is lowered, there is a possibility that an excessive load is applied to the auxiliary battery 180. In particular, when the output of the auxiliary battery 180 is extremely reduced, there is a possibility that the power for starting up the SMR 115 and the DC / DC converter 170 cannot be secured and charging of the auxiliary battery 180 cannot be started.
  • the output state of auxiliary battery 180 is reflected in the charge control.
  • FIG. 4 shows a flowchart for explaining auxiliary battery charging control in the power supply system of the electric vehicle according to the present embodiment.
  • the flowchart shown in FIG. 4 is executed by the ECU 300 at predetermined intervals including when the operation is stopped in a state where the external power supply 260 is not connected to the electric vehicle 100 (during non-external charging). That is, in a state in which auxiliary battery 180 can be charged by external power supply 260, auxiliary battery 180 is charged by AC / DC converter 210 using the power from external power supply 260 when there is a request for charging the auxiliary battery. It should be a priority.
  • ECU 300 determines in step S100 whether there is a request for charging auxiliary battery 180 or not. The determination at S100 is executed based on, for example, the SOC of auxiliary battery 180 or voltage VB2. Once charging of auxiliary battery 180 is started, S100 is maintained at YES until charging is completed.
  • ECU 300 advances the process to step S110 when there is a charge request for auxiliary battery 180 (when YES is determined in S100). In step S110, it is determined whether auxiliary battery 180 is being charged. ECU 300 advances the process to step S120 when NO is determined in S110 at the start of charging.
  • ECU300 detects the output state value which shows the output state of an auxiliary battery in step S120.
  • This state value is, for example, the output power upper limit value Wout2 of the auxiliary battery 180.
  • output power upper limit value Wout2 can be calculated based on current IB2, charge amount (SOC), temperature TB2, voltage VB2, and the like of auxiliary battery 180.
  • the voltage value VB2 of the auxiliary battery 180 or the temperature TB2 itself, or a parameter value calculated by a combination of both may be detected as the output state value of the auxiliary battery 180. .
  • auxiliary battery 180 when the output of auxiliary battery 180 is reduced, without using SMR 115 and DC / DC converter 170 that consume large power, The auxiliary battery 180 can be charged using the CHR 240, the charging device 200, and the AC / DC converter 210 that consume relatively little power. Therefore, even when the output of auxiliary battery 180 is reduced and the output voltage of auxiliary battery 180 cannot be sufficiently secured, the charging path of auxiliary battery 180 by the electric power from power storage device 110 can be reliably formed. .
  • DC / DC converter 210 # is configured to convert DC power on power line PL4 and ground line NL4 into charging power for auxiliary battery 180 based on control signal PWF from ECU 300. Since DC / DC converter 210 # is provided in the path for external charging, the rated power and operation are compared with DC / DC converter 170 provided in the path between power storage device 110 and the running motor (motor generator 130). Power consumption is small.
  • AC / DC converter 202 only needs to have a unidirectional power conversion function that converts AC power from external power supply 260 into DC power and outputs it to power line PL4. Therefore, for the AC / DC converter 202, in the circuit configuration shown in FIG. 2, the bridge circuit 116 can be configured as a simple diode bridge without using a power semiconductor switching element.
  • ECU 300 executes step S150 # instead of step S150 (FIG. 4) at the time of YES determination in step S130. . Since the processing in other steps is the same as in FIG. 4, detailed description will not be repeated.
  • FIG. 3 illustrates an insulating charging device using the transformer 117, but a non-insulating charging device can also be used.

Abstract

 外部電源(260)からの電力を蓄電装置(110)の充電電力に変換する充電装置(200)は、双方向に電力変換可能に構成される。外部充電系のAC/DCコンバータ(210)は、電力線(ALC1,ALC2)の交流電力を補機バッテリ(180)の充電電力に変換する。車両走行系のDC/DCコンバータ(170)は、蓄電装置(110)からの電力を補機バッテリ(180)の充電電力に変換する。制御装置(300)は、補機バッテリの充電要求時には、補機バッテリの出力状態に応じて、DC/DCコンバータ(170)によって蓄電装置(110)の電力を変換して補機バッテリ(180)を充電する第1の充電と、蓄電装置(200)およびAC/DCコンバータ(210)によって蓄電装置(110)の電力を変換して補機バッテリ(180)を充電する第2の充電とを選択的に実行する。

Description

電動車両の電源システムおよびその制御方法ならびに電動車両
 この発明は、電動車両の電源システムおよびその制御方法ならびに電動車両に関し、より特定的には、走行用電動機給電用の主蓄電装置(高圧)と、制御装置を含む補機給電用の副蓄電装置(低圧)とを搭載した、外部電源によって充電可能な電動車両における補機バッテリの充電制御に関する。
 二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力を用いて電動機によって走行可能に構成された電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車が知られている。電動車両では、走行用電動機の給電に用いられる高圧の蓄電装置(たとえば、メインバッテリ)と、制御装置を含む補機の給電に用いられる低圧の蓄電装置(たとえば、補機バッテリ)との2種類の蓄電装置が搭載される構成が一般的である。
 また、近年では、車両外部の電源(以下、「外部電源」とも称する)によって車載蓄電装置を充電可能な電動車両が開発されている。たとえば、特開2009-27774号公報(特許文献1)には、外部充電の際の充電効率が改善された電動車両の構成が記載されている。
 具体的には、特許文献1に記載された電動車両は、外部電源によって充電可能なメインバッテリと、メインバッテリの電圧を降圧して出力するDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータの出力電圧によって充電される補機バッテリとを備える。そして、車両運転時にはDC/DCコンバータを連続運転する一方で、外部充電時には、DC/DCコンバータを間欠運転させる。これにより、DC/DCコンバータでの消費電力を抑制して、外部充電の充電効率を改善することができる。
特開2009-27774号公報
 電動車両では、主蓄電装置(メインバッテリ)の残存容量が低下すると車両走行が不能となる。また、副蓄電装置(補機バッテリ)の電圧低下時には、制御装置を正常に動作させることができなくなることによって、主蓄電装置の残存容量が確保されていても車両走行が不能となる虞がある。特に、車両走行開始に際してシステムを起動する際に、副蓄電装置(補機バッテリ)の出力低下を招かないように考慮する必要がある。
 通常、電動車両では、外部充電時にはメインバッテリと並列に補機バッテリを外部電源からの電力によって充電する。一方、外部充電時以外では、特許文献1に記載されるように、メインバッテリの出力電力をDC/DCコンバータが降圧することによって補機バッテリが充電される。このDC/DCコンバータは、主蓄電装置から走行用電動機までの通電経路の途中に接続される。一般的に、車両走行中に主蓄電装置および走行用電動機の間で授受される電力は、外部充電の際に外部電源から供給される電力よりも大きい。このため、DC/DCコンバータは比較的電力容量が大きく、その消費電力も、外部充電の際に用いる電力変換器よりも大きい。
 また、主蓄電装置および走行用電動機の間の通電経路には、システム起動時にオンされる比較的大容量のメインリレーが配置されることが一般的である。当該メインリレーをオンするための励磁電流についても、一般的には、補機バッテリの電力によって供給される。このため、外部電源が接続されていない状態で補機バッテリの充電を開始するためには、DC/DCコンバータおよび/またはメインリレーを作動させるための、補機バッテリの消費電力が大きくなる。
 このため、補機バッテリの出力の確保が困難な状態では、このような補機バッテリの充電系路を形成するための制御を開始することが困難になる。この結果、補機バッテリの出力低下が著しい場合には、車両走行のための電気システムを起動できなくなる虞がある。
 この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、外部充電可能な電動車両において、制御系の電源である副蓄電装置の出力低下時にも、主蓄電装置からの電力による副蓄電装置の充電経路を確実に形成できるような電源システムの構成を提供することである。
 この発明のある局面では、電動車両の電源システムは、主蓄電装置と、充電装置と、副蓄電装置と、第1の電力変換器と、第2の電力変換器と、制御装置とを備える。主蓄電装置は、車両駆動パワーを発生する電動機に対して入出力される電力を蓄積するように構成される。充電装置は、外部電源からの電力を主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行可能に構成される。副蓄電装置の出力電圧は、主蓄電装置の出力電圧よりも低い。第1の電力変換器は、主蓄電装置および電動機の間の経路に接続されて、主蓄電装置からの電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器は、外部電源と接続するための接続部および主蓄電装置の間の経路に接続されて、充電装置による第2の電力変換によって得られた電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器の定格出力は、第1の電力変換器の定格出力よりも小さい。制御装置は、副蓄電装置を充電する場合に、副蓄電装置の出力状態に応じて、充電装置および第2の電力変換器を停止する一方で第1の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第1の充電と、第1の電力変換器を停止する一方で充電装置および第2の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第2の充電とを選択的に実行するように構成される。
 好ましくは、制御装置は、副蓄電装置の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに第2の充電を選択して副蓄電装置を充電する。
 さらに好ましくは、状態値は、副蓄電装置の出力可能電力上限値、出力電圧または、温度である。
 また好ましくは、外部電源は交流電力を供給し、充電装置は、第3の電力変換器および第4の電力変換器を含む。第3の電力変換器は、外部充電時に外部電源と接続される第1の電力線と、直流電圧を伝達するための第2の電力線との間で双方向の交流/直流電力変換を行なうように構成される。第4の電力変換器は、第2の電力線と主蓄電装置との間で双方向の直流/直流電力変換を行なうように構成される。第2の電力変換において、第3の電力変換器および第4の電力変換器は、主蓄電装置からの電力を交流電力に変換して第1の電力線に出力する。そして、第2の電力変換器は、第2の電力変換によって得られた第1の電力線の交流電力を、副蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。
 あるいは好ましくは、外部電源は交流電力を供給し、充電装置は、第3の電力変換器および第4の電力変換器を含む。第3の電力変換器は、外部充電時に外部電源と接続される第1の電力線の交流電力を直流電力に変換して、直流電圧を伝達するための第2の電力線に出力するように構成される。第4の電力変換器は、第2の電力線と主蓄電装置との間で双方向の直流/直流電力変換を行なうように構成される。第2の電力変換において、第4の電力変換器は、主蓄電装置からの電力を直流電圧変換して第2の電力線に出力する。第2の電力変換器は、第2の電力変換によって得られた第2の電力線の直流電力を、副蓄電装置を充電するための直流電力に変換する。
 好ましくは、第1の電力変換器の消費電力は、第2の電力変換器の消費電力および充電装置第2の電力変換による消費電力の和よりも大きい。
 また好ましくは、第2の電力変換器は、外部充電時には、外部電源からの電力を源に副蓄電装置の充電電力を発生するように構成される。そして、制御装置は、外部充電時には、第1の電力変換器を停止する一方で第2の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第3の充電を実行する。
 この発明の他の局面では、外部電源によって充電可能な電動車両は、車両駆動パワーを発生する電動機と、主蓄電装置と、充電装置と、副蓄電装置と、第1の電力変換器と、第2の電力変換器と、制御装置とを備える。主蓄電装置は、電動機に対して入出力される電力を蓄積するように構成される。副蓄電装置の出力電圧は、主蓄電装置の出力電圧よりも低い。充電装置は、外部電源からの電力を主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行可能に構成される。第1の電力変換器は、主蓄電装置および電動機の間の経路に接続されて、主蓄電装置からの電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器は、外部電源と接続するための接続部および主蓄電装置の間の経路に接続されて、充電装置による第2の電力変換によって得られた電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器の定格出力は、第1の電力変換器の定格出力よりも小さい。制御装置は、副蓄電装置を充電する場合に、副蓄電装置の出力状態に応じて、充電装置および第2の電力変換器を停止する一方で第1の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第1の充電と、第1の電力変換器を停止する一方で充電装置および第2の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第2の充電とを選択的に実行するように構成される。
 好ましくは、制御装置は、副蓄電装置の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに第2の充電を選択して副蓄電装置を充電する。
 また好ましくは、第1の電力変換器の消費電力は、第2の電力変換器の消費電力および充電装置第2の電力変換による消費電力の和よりも大きい。
 あるいは好ましくは、第2の電力変換器は、外部充電時には、外部電源からの電力を源に副蓄電装置の充電電力を発生するように構成される。そして、制御装置は、外部充電時には、第1の電力変換器を停止する一方で第2の電力変換器によって副蓄電装置を充電する第3の充電を実行する。
 この発明のさらに他の局面によれば、車両駆動パワーを発生する電動機を搭載した電動車両の電源システムの制御方法であって、電源システムは、主蓄電装置と、充電装置と、副蓄電装置と、第1の電力変換器と、第2の電力変換器とを備える。主蓄電装置は、電動機対して入出力される電力を蓄積するように構成される。副蓄電装置の出力電圧は、主蓄電装置の出力電圧よりも低い。充電装置は、外部電源からの電力を主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行可能に構成される。第1の電力変換器は、主蓄電装置および電動機の間の経路に接続されて、主蓄電装置からの電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器は、外部電源と接続するための接続部および主蓄電装置の間の経路に接続されて、充電装置による第2の電力変換によって得られた電力を副蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。第2の電力変換器の定格出力は、第1の電力変換器の定格出力よりも小さい。そして、制御方法は、副蓄電装置の充電要求を検知するステップと、充電要求に応答した充電開始時に副蓄電装置の出力状態を検出するステップと、検出した出力状態に応じて、第1および第2の充電を選択するステップとを備える。第1の充電は、充電装置および第2の電力変換器を停止する一方で第1の電力変換器によって副蓄電装置を充電する。第2の充電は、第1の電力変換器を停止する一方で充電装置および第2の電力変換器によって副蓄電装置を充電する。
 好ましくは、選択するステップは、副蓄電装置の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに第2の充電を選択して副蓄電装置を充電する。
 また好ましくは、状態値は、副蓄電装置の出力可能電力上限値、出力電圧または、温度である。
 この発明によれば、外部充電可能な電動車両およびその電源システムにおいて、制御系の電源である副蓄電装置の出力低下時にも、主蓄電装置からの電力による副蓄電装置の充電経路を確実に形成することができる。
本発明の実施の形態による電源システムを備えた電動車両の構成を示すブロック図である。 図1に示したPCUの構成例を示すブロック図である。 図1に示した外部充電用の充電装置の構成例を示す回路図である。 本発明の実施の形態による電源システムにおける補機バッテリ充電制御を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態の変形例による電源システムを備えた電動車両の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態の変形例による電源システムにおける補機バッテリ充電制御を説明するフローチャートである。
 図1は、本発明の実施の形態による電源システムを備えた電動車両の構成を示すブロック図である。
 図1を参照して、電動車両100は、「主蓄電装置」に対応する蓄電装置110と、システムメインリレー(以下、SMR(System Main Relay)とも称する。)115と、PCU(Power Control Unit)120と、走行用電動機である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り、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、蓄電装置110の出力電圧は200V程度である。あるいは、蓄電装置110は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子によって、あるいは、蓄電素子と二次電池との組み合わせによって構成されてもよい。
 制御装置300は、図示しない、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置、および入出力バッファを含む電子制御ユニット(Electronic Control Unit)により構成される。制御装置300(以下、ECU300とも称する)は、電動車両100に搭載された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。
 蓄電装置110は、SMR115を介して、電力線PL1および接地線NL1と接続さされる。電力線PL1および接地線NL1は、モータジェネレータ130を駆動するためのPCU120に接続される。蓄電装置110は、電動車両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える。
 SMR115に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置110の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。SMR115に含まれるリレーの他方端は、PCU120に接続された電力線PL1および接地線NL1にそれぞれ接続される。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替える。
 図2は、PCU120の内部構成の一例を示す図である。
 図2を参照して、PCU120は、コンバータ121と、インバータ122と、平滑コンデンサC1,C2とを含む。
 コンバータ121は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて、電力線PL1および接地線NL1と電力線HPLおよび接地線NL1との間で双方向の電力変換を行なう。コンバータ121については、直流電圧変換機能を有する電力変換回路(たとえば、双方向のチョッパ回路)の回路構成を任意に適用できる。
 インバータ122は、電力線HPLおよび接地線NL1に接続される。インバータ122は、ECU300からの制御信号PWIに基づいて、コンバータ121から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ130を駆動する。インバータ122については、一般的な三相インバータの回路構成を適用できる。
 なお、本実施の形態においては、モータジェネレータおよびインバータの対が1つ設けられる構成を一例として示すが、モータジェネレータおよびインバータの対を複数備える構成としてもよい。
 平滑コンデンサC1は、電力線PL1および接地線NL1の間に設けられ、電力線PL1および接地線NL1間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサC2は、電力線HPLおよび接地線NL1の間に設けられ、電力線HPLおよび接地線NL1間の電圧変動を減少させる。
 再び図1を参照して、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、図示しない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に伝達される。駆動輪150に伝達されたトルクによって、電動車両100は走行する。モータジェネレータ130は、電動車両100の回生制動時には、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。
 また、モータジェネレータ130の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、この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発生される。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。
 このように、本実施の形態における電動車両100は、車両駆動力を発生するための電動機を搭載する車両を示すものであり、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、ならびにエンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池自動車などを含むものである点について、確認的に記載する。
 図1に示された電動車両100の構成から、モータジェネレータ130、動力伝達ギア140および駆動輪150を除いた部分によって、電動車両の電源システムが構成される。
 電源システムは、さらに、外部電源260からの電力によって蓄電装置110を外部充電するための構成(外部充電系)として、充電装置200と、AC/DCコンバータ210と、充電リレー240と、接続部250とを含む。一般的には、外部電源260は商用交流電源で構成される。
 接続部250には、外部電源260および電動車両100を電気的に接続するための充電ケーブル280の充電コネクタ270が接続される。そして、外部電源260からの電力が、充電ケーブル280を介して電動車両100に伝達される。
 充電装置200は、電力線ACL1,ACL2を介して接続部250に接続される。また、充電装置200は、電力線PL2および接地線NL2と、外部充電時にオンされる充電リレー240(以下、CHR240とも称する)とを介して、蓄電装置110と電気的に接続される。
 CHR240は、蓄電装置110の正極端子と電力線PL2との間、および、蓄電装置110の負極端子と接地線NL2との間に接続される。CHR240は、ECU300からの制御信号SE2に基づいて、蓄電装置110と充電装置200との間での通電経路を形成あるいは遮断する。
[規則91に基づく訂正 28.07.2011] 
 外部充電時には、CHR240をオンすることによって、外部電源260からの電力によって主蓄電装置110および補機バッテリ180を充電するための通電経路が形成される。一方、外部充電時以外(非外部充電時)においては、CHR240をオフすることによって、外部充電系の機器群に対して、蓄電装置110の出力電圧が印加されることを回避できる。これにより、外部充電系機器群の寿命を延ばすことができる。同様に、外部充電時には、SMR115をオフすることによって、外部充電のための電力が、SMR115よりも下流側の車両走行系の機器群に印加されないようにすることができる。これにより、車両走行系の機器群の寿命が外部充電の影響によって低下することを防止できる。
 充電装置200は、ECU300からの制御信号PWEに基づいて、外部電源260から供給される交流電力を、蓄電装置110を充電するための直流電力に変換する。充電装置200は、AC/DC変換器202およびDC/DC変換器204を含む。
 AC/DC変換器202は、電力線ACL1,ACL2間の交流電力を直流電力に変換して、電力線PL4および接地線NL4の間に出力する。すなわち、AC/DC変換器202は「第3の電力変換器」に対応し、電力線ACL1,ACL2は「第1の電力線」に対応する。
 DC/DC変換器204は、直流電圧変換動作によって、電力線PL4上の直流電力を、蓄電装置110の充電電力に変換して、電力線PL2および接地線NL2の間に出力する。すなわち、DC/DC変換器204は、「第4の電力変換器」に対応し、電力線PL4は「第2の電力線」に対応する。
 図3には、充電装置200の構成例が示される。
 図3を参照して、AC/DC変換器202は、リアクトルL1,L2と、平滑コンデンサC3と、ブリッジ回路112とを含む。
 リアクトルL1は、電力線ACL1と直列に接続される。リアクトルL2は、電力線ACL2と直列に接続される。ブリッジ回路112は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、電力線ACL1,ACL2間の交流電圧Vacを直流電圧に変換して、電力線PL4および接地線NL4の間に出力する。平滑コンデンサC1は、電力線PL4および接地線NL4の間に接続される。
 DC/DC変換器204は、ブリッジ回路114,116と、トランス117とを含む。
 ブリッジ回路114は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、電力線PL4および接地線NL4の直流電圧を交流電力に変換して、トランス117の一次側に出力する。トランス117は、所定の一次/二次側巻線比に従って一次側の交流電圧を電圧変換して、二次側へ出力する。
 ブリッジ回路116は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、トランス117の二次側の交流電圧を直流電圧に変換して、変換した直流電圧Vdcを、電力線PL2および接地線NL2の間に出力する。
 このようにすると、外部電源260および蓄電装置110との間で絶縁を確保しながら、外部電源260からの交流電圧Vac(たとえば100VAC)を、蓄電装置110を充電する直流電圧Vdcに変換することができる。
 充電装置200は、上述の外部充電のための電力変換とは逆方向の電力変換の少なくとも一部を実行するように構成される。図1および図3の例では、AC/DC変換器202およびDC/DC変換器204の各々は、双方向に電力変換可能に構成される。
 具体的には、DC/DC変換器204は、蓄電装置110から電力線PL2および接地線NL2に伝達された直流電圧Vdcを、直流電圧変換して電力線PL4および接地線NL4の間に出力する機能をさらに有する。この機能は、ブリッジ回路114,116を構成する電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって実現できる。
 同様に、AC/DC変換器202は、電力線PL4および接地線NL4の間の直流電圧を、外部電源260からの電力と同等の交流電力に変換して、電力線ACL1,ACL2に出力する機能を有する。この機能は、ブリッジ回路112を構成する電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって実現できる。
 なお、ブリッジ回路112,114,116における、AC/DC変換あるいは、DC/AC変換のための電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御については周知のものを適用可能であるので、詳細な説明は省略する。
 再び、図1を参照して、電源システムは、さらに、低電圧系(補機系)の構成として、DC/DCコンバータ170と、「副蓄電装置」に対応する補機バッテリ180と、補機負荷190とを含む。
 DC/DCコンバータ170は、電力線PL1および接地線NL1に接続され、ECU300からの制御信号PWDに基づいて、蓄電装置110から供給される直流電圧を降圧する。そして、DC/DCコンバータ170は、電力線PL3を介して補機バッテリ180、補機負荷190およびECU300などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。また、DC/DCコンバータ170の動作電力(たとえば、制御用電源の消費電力)についても、補機バッテリ180の電力によって電力線PL3から供給される。
 このように、DC/DCコンバータ170は、蓄電装置110およびモータジェネレータ130の間の経路に接続されて、蓄電装置110からの電力を補機バッテリ180の充電電力に変換するように構成される。なお、DC/DCコンバータ170は、代表的には、電力用半導体スイッチング素子(図示せず)を含むスイッチングレギュレータであり、公知の任意の回路構成を適用することができる。
 補機バッテリ180は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ180の出力電圧は、蓄電装置110の出力電圧よりも低く、たとえば12V程度である。
 補機負荷190には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒータ、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。ECU300からの制御信号SE1,SE2に応答した、SMR115およびCHR240の励磁電流についても、補機バッテリ180の電力によって電力線PL3から供給される。
 AC/DCコンバータ210は、電力線ACL1,ACL2と電力線PL3との間に接続される。AC/DCコンバータ210は、外部充電時に補機バッテリ180を充電する目的で設けられたものを使用することが好ましい。
 AC/DCコンバータ210は、ECU300からの制御信号PWFにより制御されて外部電源260から供給された交流電圧を直流電圧に変換する。これにより、外部充電中には、SMR115をオフしたままでDC/DCコンバータ170を起動することなく、外部充電中に、AC/DCコンバータ210からの電力を用いて、補機バッテリ180の充電および補機負荷190の駆動を行なうことができる。
 ここで、電動車両100において、車両運転中に蓄電装置110およびモータジェネレータ130の間で授受される電力は、外部充電中に外部電源260から蓄電装置110に供給される電力よりも大きい。したがって、車両運転中に作動するSMR115の電流容量は、外部充電中に作動するCHR240の電流容量よりも大きい。このため、SMR115をオンするための消費電力(主に、リレーの励磁電流)は、CHR240をオンするための消費電力よりも大きい。
 同様に、DC/DCコンバータ170は、車両運転中の補機系への電力を供給するために、上述のように比較的大容量のものが一般的に採用される。これに対して、AC/DCコンバータ210は、外部充電時における低電圧系の電力供給のために設けられる。外部充電時においても、運転者によって補機負荷190が運転される場合があるが、その場合の補機負荷190の消費電力は車両運転中の消費電力と比較して小さい場合が多い。したがって、AC/DCコンバータ210は、定格出力が上述のDC/DCコンバータ170の定格出力に比べて小さいものを採用することができる。この結果、AC/DCコンバータ210の作動時の消費電力は、DC/DCコンバータ170の作動時の消費電力よりも小さい。充電装置200についても、外部充電時の電力変換を目的とするものであるから、その定格電力および作動時の消費電力は、比較的小さい。
 ECU300は、SMR115、PCU120、DC/DCコンバータ170、充電装置200、AC/DCコンバータ210および、CHR240などを制御するための制御信号を出力する。
 ECU300は、蓄電装置110に含まれるセンサ(図示せず)からの電圧VB1、温度TB1および電流IB1の検出値を受ける。ECU300は、これらの検出値の少なくとも一部に基づいて、蓄電装置110の充電状態SOC(State of Charge)を演算する。さらに、ECU300は、補機バッテリ180に含まれるセンサ(図示せず)からの電圧VB2、温度TB2および電流IB2のうちの少なくとも一部の検出値を受ける。ECU300は、補機バッテリ180の検出値に基づいて、補機バッテリ180の出力状態を検知することができる。
 なお、図1においては、電動車両100の各機器の制御機能を包括的にECU300に持たせる構成を例示したが、ECU300の機能の一部分を分割配置することも可能である。たとえば、外部充電系の機器(たとえば、充電装置200およびCHR240)の制御機能については、ECU300とは別個のECUを設ける構成としてもよい。
 外部電源260が接続されていない状態で、補機バッテリ180の充電が要求された場合には、通常、DC/DCコンバータ170によって蓄電装置110からの電力を変換することによって、補機バッテリ180の充電電力が発生される。しかしながら、上述のように、補機バッテリ180の充電時には、SMR115のオンおよびDC/DCコンバータ170の動作電力を補機バッテリ180から供給することが必要である。このため、補機バッテリ180の出力が低下している場合には、補機バッテリ180に過大な負担を掛ける虞がある。特に、補機バッテリ180の出力が極端に低下している場合には、SMR115およびDC/DCコンバータ170を起動するための電力が確保できず、補機バッテリ180の充電を開始できない虞がある。
 一方、本実施の形態による電動車両100では、外部電源260が電動車両100に接続されていない状態(非外部充電時)であっても、充電装置200による外部充電時とは逆方向の電力変換によって、蓄電装置110の出力を交流電力に変換して、電力線ACL1,ACL2へ出力することができる。したがって、非外部充電時にも、比較的消費電力が小さい外部充電系の機器を用いて、蓄電装置110からの電力を低電圧系の電力、すなわち、補機バッテリ180の充電電力に変換することが可能である。すなわち、CHR240、充電装置200およびAC/DCコンバータ210を動作させることによって、比較的消費電力が大きいSMR115およびDC/DCコンバータ170を停止させたままで、補機バッテリ180を充電することができる。
 したがって、本実施の形態による電動車両の電源システムでは、補機バッテリ180の出力状態を充電制御に反映する。
 図4には、本実施の形態による電動車両の電源システムにおける補機バッテリ充電制御を説明するフローチャートが示される。
 図4に示すフローチャートは、外部電源260が電動車両100に接続されていない状態(非外部充電時)において、ECU300によって、運転停止時を含めて所定周期毎に実行される。すなわち、外部電源260によって補機バッテリ180を充電可能な状態においては、補機バッテリの充電要求があるときには、AC/DCコンバータ210によって、外部電源260からの電力を用いて補機バッテリ180を充電することが優先されるべきである。
 図4を参照して、ECU300は、ステップS100により、補機バッテリ180の充電要求があるかどうかを判定する。S100による判定は、たとえば補機バッテリ180のSOCあるいは電圧VB2に基づいて実行される。補機バッテリ180の充電が一旦開始されると、当該充電が完了するまでの間、S100はYES判定に維持される。
 ECU300は、補機バッテリ180の充電要求がある場合(S100のYES判定時)には、ステップS110に処理を進める。ステップS110では、補機バッテリ180の充電中であるかどうかが判定される。ECU300は、充電開始時には、S110がNO判定とされることによってステップS120に処理を進める。
 ECU300は、ステップS120では、補機バッテリの出力状態を示す出力状態値を検出する。この状態値は、一例として、補機バッテリ180の出力電力上限値Wout2である。たとえば、出力電力上限値Wout2は、補機バッテリ180の電流IB2、充電量(SOC)、温度TB2、電圧VB2等に基づいて算出することができる。
 また、状態値を簡易に求めるために、補機バッテリ180の電圧VB2または温度TB2そのもの、あるいは、両者の組み合わせによって算出されるパラメータ値を、補機バッテリ180の出力状態値として検出してもよい。
 ECU300は、ステップS130では、ステップS120で検出した補機バッテリ180の出力状態値を所定の判定値と比較する。そして出力状態値が判定値よりも低いとき(S130のYES判定時)には、補機バッテリ180の出力が低下していると判断される。したがって、ECU300は、ステップS150に処理を進めて、充電装置200およびAC/DCコンバータ210による補機バッテリ充電を選択する。すなわち、ECU300は、SMR115のオフおよびDC/DCコンバータ170の停止を維持したままで、CHR240のオン、ならびに、充電装置200およびAC/DCコンバータ210の起動を指示する。
 一方、出力状態値が判定値を下回っていないとき(S130のNO判定時)には、ECU300は、補機バッテリ180の出力が低下していないと判断する。したがって、ECU300は、ステップS140に処理を進めて、DC/DCコンバータ170による補機バッテリ充電を選択する。すなわち、ECU300は、外部充電系の機器(CHR240、充電装置200およびAC/DCコンバータ210)を停止したまま、SMR115のオンおよびDC/DCコンバータ170の起動を指示する。
 一旦補機バッテリの充電が開始されると、充電が終了するまでの間、S100がYES判定されるとともに、S110がYES判定される。したがって、充電開始時にステップS120-S150によって選択された補機バッテリ充電が継続される。
 そして、補機バッテリ180の充電が完了すると、ステップS100がNO判定される。この結果、ECU300は、ステップS160により、補機バッテリの充電要素である、DC/DCコンバータ170、充電装置200およびAC/DCコンバータ210の各々を停止させる。さらに、CHR240を補機バッテリ充電のためにオンした場合には、この段階でCHR240がオフされる。
 このように、本発明の実施の形態による電動車両およびその電源システムによれば、補機バッテリ180の出力が低下しているときには、消費電力が大きいSMR115およびDC/DCコンバータ170を用いることなく、比較的消費電力が小さい、CHR240、充電装置200およびAC/DCコンバータ210を用いて、補機バッテリ180を充電することができる。したがって、補機バッテリ180の出力が低下して、補機バッテリ180の出力電圧が十分確保できない場合にも、蓄電装置110からの電力による補機バッテリ180の充電経路を確実に形成することができる。
 なお、図1の構成において、SMR115およびCHR240が配置されていない場合、あるいは、DC/DCコンバータ170がSMR115よりも上流側(蓄電装置110側)に接続されている場合にも、DC/DCコンバータ170の消費電力が、外部充電系によって補機バッテリ180を充電する際の消費電力の合計よりも大きいときには、図4に示した補機バッテリ充電制御を適用することができる。
 [変形例]
 図5は、本発明の実施の形態の変形例による電動車両およびその電源システムの構成を示すブロック図である。
 図5を参照して、実施の形態の変形例による電動車両100♯は、図1に示した電動車両100と比較して、AC/DCコンバータ210に代えて、DC/DCコンバータ210♯が配置される点が異なる。すなわち、図5の構成では、DC/DCコンバータ210♯が「第2の電力変換器」に対応する。
[規則91に基づく訂正 28.07.2011] 
 DC/DCコンバータ210♯は、ECU300からの制御信号PWFに基づいて、電力線PL4および接地線NL4上の直流電力を、補機バッテリ180の充電電力に変換するように構成される。DC/DCコンバータ210♯は、外部充電の経路に設けられるため、蓄電装置110および走行用電動機(モータジェネレータ130)の間の経路に設けられるDC/DCコンバータ170と比較して、定格電力および作動時の消費電力は小さい。
 充電装置200については、蓄電装置110からの電力をDC/DCコンバータ210♯へ与えるために、外部充電のための電力変換とは逆方向の電力変換のうち、AC/DC変換器202による電力変換を確保する必要がある。したがって、DC/DC変換器204は、図1と同様に双方向に電力変換可能に構成される必要がある。
 一方で、AC/DC変換器202については、外部電源260からの交流電力を、直流電力に変換して電力線PL4に出力する、単方向のみの電力変換機能を有すれば足りる。したがって、AC/DC変換器202については、図2に示した回路構成において、ブリッジ回路116を、電力用半導体スイッチング素子を用いることなく単なるダイオードブリッジで構成することも可能である。
 図5に示した電動車両100♯のその他の構成は、図1に示した電動車両100と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
 図6には、本実施の形態の変形例による電動車両の電源システムにおける補機バッテリ充電制御を説明するフローチャートが示される。図6に示すフローチャートによる制御処理は、図4に示すフローチャートによる制御処理に代えて、ECU300によって所定周期で実行される。
 図6を参照して、実施の形態の変形例による電動車両での補機バッテリ充電制御では、ECU300は、ステップS130のYES判定時に、ステップS150(図4)に代えてステップS150♯を実行する。その他のステップでの処理については図4と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
 したがって、実施の形態の変形例による電動車両100♯では、補機バッテリ180の出力が低下しているとき(S130のYES判定時)には、DC/DC変換器204およびDC/DCコンバータ210♯によって、補機バッテリ180を充電することができる。すなわち、図1の構成と同様に、消費電力が大きいSMR115およびDC/DCコンバータ170を用いることなく、補機バッテリ180を充電することができる。
 したがって、実施の形態の変形例による電動車両100♯においても、図1に示した電動車両100と同様に、補機バッテリ180の出力が低下して、補機バッテリ180の出力電力が十分確保できない場合にも、蓄電装置110からの電力による補機バッテリ180の充電経路を確実に形成することができる。
 なお、本実施の形態およびその変形例において、電力線PL1以降(車両走行系)の構成は、図示された構成に限定されるものではない。すなわち、上述したように、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等、車輪駆動力発生用の電動機を搭載した電動車両に対して、共通に適用することができる。
 さらに、外部充電のための充電装置200についても、上述した必要な範囲での双方向の電力変換が可能であれば、任意の回路構成を適用することが可能である点を、確認的に記載する。たとえば、図3には、トランス117を用いた絶縁型の充電装置を例示したが、非絶縁型の充電装置を用いることも可能である。
 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。
 本発明は、走行用電動機給電用の主蓄電装置(高圧)と、制御装置を含む補機給電用の副蓄電装置(低圧)とを搭載した、外部電源によって充電可能な電動車両に適用することができる。
 100 電動車両、110 蓄電装置、112,114,116 ブリッジ回路、115 システムメインリレー(SMR)、117 トランス、170,210♯ DC/DCコンバータ(補機バッテリ充電用)、121 コンバータ、122 インバータ、130 モータジェネレータ、140 動力伝達ギア、150 駆動輪、180 補機バッテリ、190 補機負荷、200 充電装置、202 AC/DC変換器、204 DC/DC変換器、240 充電リレー(CHR)、210 AC/DCコンバータ(補機バッテリ充電用)、250 接続部、260 外部電源、270 充電コネクタ、280 充電ケーブル、300 制御装置、ACL1,ACL2,HPL,PL1,PL2,PL3,PL4 電力線、C1,C2,C3 平滑コンデンサ、IB1,IB2 電流、L1,L2 リアクトル、NL1,NL2,NL4 接地線、PWC,PWD,PWE,PWF,PWI,SE1,SE2,SE1,SE2 制御信号、TB1,TB2 温度、VB1,VB2 電圧、Vac 交流電圧、Vdc 直流電圧、Wout2 出力電力上限値(補機バッテリ)。

Claims (14)

  1.  車両駆動パワーを発生する電動機(130)に対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置(110)と、
     外部電源(260)からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、前記第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行するための充電装置(200)と、
     前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置(180)と、
     前記主蓄電装置および前記電動機の間の経路に接続されて、前記主蓄電装置からの電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための第1の電力変換器(170)と、
     前記外部電源と接続するための接続部(250)および前記主蓄電装置の間の経路に接続されて、前記充電装置による前記第2の電力変換によって得られた電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための、前記第1の電力変換器よりも定格出力が小さい第2の電力変換器(210,210♯)と、
     前記副蓄電装置を充電する場合に、前記副蓄電装置の出力状態に応じて、前記充電装置および前記第2の電力変換器を停止する一方で前記第1の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第1の充電と、前記第1の電力変換器を停止する一方で前記充電装置および前記第2の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第2の充電とを選択的に実行するための制御装置(300)とを備える、電動車両の電源システム。
  2.  前記制御装置(300)は、前記副蓄電装置の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに前記第2の充電を選択して前記副蓄電装置を充電する、請求の範囲第1項記載の電動車両の電源システム。
  3.  前記状態値は、前記副蓄電装置の出力可能電力上限値(Wout2)、出力電圧(VB2)または、温度(TB2)である、請求の範囲第2項記載の電動車両の電源システム。
  4.  前記外部電源(260)は交流電力を供給し、
     前記充電装置(200)は、
     外部充電時に前記外部電源と接続される第1の電力線(ACL1,ACL2)と、直流電圧を伝達するための第2の電力線(PL4)との間で双方向の交流/直流電力変換を行なうための第3の電力変換器(202)と、
     前記第2の電力線と前記主蓄電装置との間で双方向の直流/直流電力変換を行なうための第4の電力変換器(204)とを含み、
     前記第2の電力変換において、前記第3の電力変換器および前記第4の電力変換器は、前記主蓄電装置からの電力を交流電力に変換して前記第1の電力線に出力し、
     前記第2の電力変換器(210)は、前記第2の電力変換によって得られた前記第1の電力線の交流電力を、前記副蓄電装置(180)を充電するための直流電力に変換する、請求の範囲第1項記載の電動車両の電源システム。
  5. [規則91に基づく訂正 28.07.2011] 
     前記外部電源(260)は交流電力を供給し、
     前記充電装置(200)は、
     外部充電時に前記外部電源と接続される第1の電力線(ACL1,ACL2)の交流電力を直流電力に変換して、直流電圧を伝達するための第2の電力線(PL4)に出力するための第3の電力変換器(202)と、
     前記第2の電力線と前記主蓄電装置との間で双方向の直流/直流電力変換を行なうための第4の電力変換器(204)とを含み、
     前記第2の電力変換において、前記第4の電力変換器は、前記主蓄電装置からの電力を直流電圧変換して前記第2の電力線に出力し、
     前記第2の電力変換器(210♯)は、前記第2の電力変換によって得られた前記第2の電力線の直流電力を、前記副蓄電装置(180)を充電するための直流電力に変換する、請求の範囲第1項記載の電動車両の電源システム。
  6. [規則91に基づく訂正 28.07.2011] 
     前記第1の電力変換器(170)の消費電力は、前記第2の電力変換器(210,210♯)の消費電力および前記充電装置(200)の前記第2の電力変換による消費電力の和よりも大きい、請求の範囲第1項~第5項のいずれか1項に記載の電動車両の電源システム。
  7.  前記第2の電力変換器(210,210♯)は、外部充電時には、前記外部電源からの電力を源に前記副蓄電装置の充電電力を発生するように構成され、
     前記制御装置(300)は、前記外部充電時には、前記第1の電力変換器(170)を停止する一方で前記第2の電力変換器によって前記副蓄電装置(180)を充電する第3の充電を実行する、請求の範囲第1項~第5項のいずれか1項に記載の電動車両の電源システム。
  8.  外部電源(260)によって充電可能な電動車両(100)であって、
     車両駆動パワーを発生する電動機(130)と、
     前記電動機に対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置(110)と、
     前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置(180)と、
     前記外部電源からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、前記第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行するための充電装置(200)と、
     前記主蓄電装置および前記電動機の間の経路に接続されて、前記主蓄電装置からの電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための第1の電力変換器(170)と、
     前記外部電源と接続するための接続部(250)および前記主蓄電装置の間の経路に接続されて、前記充電装置による前記第2の電力変換によって得られた電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための、前記第1の電力変換器よりも定格出力が小さい第2の電力変換器(210,210♯)と、
     前記副蓄電装置を充電する場合に、前記副蓄電装置の出力状態に応じて、前記充電装置および前記第2の電力変換器を停止する一方で前記第1の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第1の充電と、前記第1の電力変換器を停止する一方で前記充電装置および前記第2の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第2の充電とを選択的に実行するための制御装置(300)とを備える、電動車両。
  9.  前記制御装置(300)は、前記副蓄電装置の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに前記第2の充電を選択して前記副蓄電装置を充電する、請求の範囲第8項記載の電動車両。
  10. [規則91に基づく訂正 28.07.2011] 
     前記第1の電力変換器(170)の消費電力は、前記第2の電力変換器(210,210♯)の消費電力および前記充電装置(200)の前記第2の電力変換による消費電力の和よりも大きい、請求の範囲第8項または第9項に記載の電動車両。
  11.  前記第2の電力変換器(210,210♯)は、外部充電時には、前記外部電源からの電力を源に前記副蓄電装置の充電電力を発生するように構成され、
     前記制御装置(300)は、前記外部充電時には、前記第1の電力変換器(170)を停止する一方で前記第2の電力変換器によって前記副蓄電装置(180)を充電する第3の充電を実行する、請求の範囲第8項または第9項に記載の電動車両。
  12.  車両駆動パワーを発生する電動機(130)を搭載した電動車両の電源システムの制御方法であって、
     前記電源システムは、
     前記電動機対して入出力される電力を蓄積するための主蓄電装置(110)と、
     前記主蓄電装置よりも出力電圧が低い副蓄電装置(180)と
     外部電源(260)からの電力を前記主蓄電装置の充電電力に変換する第1の電力変換と、前記第1の電力変換とは逆方向の電力変換のうちの少なくとも一部である第2の電力変換とを選択的に実行するための充電装置(200)と、
     前記主蓄電装置および前記電動機の間の経路に接続されて、前記主蓄電装置からの電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための第1の電力変換器(170)と、
     前記外部電源と接続するための接続部(250)および前記主蓄電装置の間の経路に接続されて、前記充電装置による前記第2の電力変換によって得られた電力を前記副蓄電装置の充電電力に変換するための、前記第1の電力変換器よりも定格出力が小さい第2の電力変換器(210,210♯)とを備え、
     前記制御方法は、
     前記副蓄電装置の充電要求を検知するステップ(S100)と、
     前記充電要求に応答した充電開始時に前記副蓄電装置の出力状態を検出するステップ(S120)と、
     検出した前記出力状態に応じて、前記充電装置および前記第2の電力変換器を停止する一方で前記第1の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第1の充電と、前記第1の電力変換器を停止する一方で前記充電装置および前記第2の電力変換器によって前記副蓄電装置を充電する第2の充電とを選択するステップ(S130-S150,S150♯)とを備える、電動車両の電源システムの制御方法。
  13.  前記選択するステップ(S130-S150,S150♯)は、前記副蓄電装置(180)の出力状態を示す状態値が、所定の判定値よりも低いときに前記第2の充電を選択して前記副蓄電装置を充電する、請求の範囲第12項記載の電動車両の電源システムの制御方法。
  14.  前記状態値は、前記副蓄電装置の出力可能電力上限値(Wout2)、出力電圧(VB2)または、温度(Tb2)である、請求の範囲第13項記載の電動車両の電源システムの制御方法。
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