WO2012056543A1 - 電動車両の電源装置およびその制御方法ならびに電動車両 - Google Patents

電動車両の電源装置およびその制御方法ならびに電動車両 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for an electric vehicle, a control method therefor, and an electric vehicle, and more particularly, to an electric system for an electric vehicle equipped with a mechanism capable of charging an in-vehicle power storage device using a power supply external to the vehicle.
  • the power storage device is powered by a power source external to the vehicle (hereinafter also simply referred to as “external power source”).
  • a power source external to the vehicle hereinafter also simply referred to as “external power source”.
  • a configuration for charging the battery has been proposed.
  • charging of the power storage device by the external power supply is also referred to as “external charging”.
  • Patent Document 1 describes a configuration for achieving both improvement in charging efficiency and ensuring operation of an auxiliary load system during external charging. Specifically, a configuration for providing a charging path for the main battery by external charging so that external charging and operation of the auxiliary load system can be performed even with the relay between the vehicle driving power motor and the main battery turned off. Is described. Further, Patent Document 1 describes a configuration in which the power of the main battery is converted into AC power and output from an AC outlet by configuring the power converter for external charging so that bidirectional power conversion is possible. .
  • JP 2009-224256 A (Patent Document 2) describes a configuration for warming up a battery in view of a decrease in battery charging efficiency at low temperatures. Specifically, a configuration is described in which the heat of the electric heater for heating is transmitted to the motor driving battery when the motor driving battery is charged by connection to an external power source while the vehicle is stopped.
  • Patent Document 2 is not efficient because it warms up by applying heat from the outside of the battery housing, and there is a concern that the power required for warming up becomes large.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to efficiently store the power storage device in an electric vehicle equipped with a mechanism for charging the in-vehicle power storage device with an external power source. It is to warm up.
  • a power supply device for an electric vehicle includes a power storage device, a power line, a power converter, a connection node, and a control device.
  • the power storage device stores electric power that is input to and output from an electric motor that generates vehicle driving power.
  • the power line is connected to an external power source during external charging.
  • the power converter is configured to perform bidirectional power conversion between the AC power of the power line and the directly flowing power input / output to / from the power storage device.
  • the connection node is provided for connecting an electrical load to a path between the external power supply and the power storage device.
  • the control device is configured to control DC power input / output to / from the power storage device by the power converter.
  • the control device discharges the power storage device when the temperature of the power storage device is lower than a predetermined temperature.
  • the temperature increase control for alternately generating the two states is executed.
  • control device controls the transition from the first state to the second state and the transition from the second state to the first state in accordance with the state of charge of the power storage device.
  • the controller instructs the transition to the second state when the SOC decreases to a first determination value lower than the SOC at the start of temperature increase control, and the second state.
  • the controller instructs the transition to the second state when the SOC decreases to a first determination value lower than the SOC at the start of temperature increase control, and the second state.
  • the SOC rises to a second determination value that is higher than the SOC at the start of the temperature raising control, a transition to the first state is instructed.
  • control device controls the power converter so that the discharge power from the power storage device in the first state is equivalent to the power consumption of the electric load.
  • the power converter is a charging device for converting AC power of the power line into DC power for charging the power storage device, and for converting DC power from the power storage device to AC power and outputting the AC power to the power line.
  • Power generation device The control device stops the charging device while operating the power generation device in the first state, and stops the power generation device while operating the charging device in the second state.
  • connection node is constituted by an outlet for connecting an electric load to the power line.
  • an electric vehicle includes an electric motor for generating vehicle driving power, a power storage device, a power line, a power converter, a connection node, and a control device.
  • the power storage device stores electric power that is input to and output from an electric motor that generates vehicle driving power.
  • the power line is connected to an external power source during external charging.
  • the power converter is configured to perform bidirectional power conversion between AC power of the power line and DC power input / output to / from the power storage device.
  • the connection node is provided for connecting an electrical load to a path between the external power supply and the power storage device.
  • the control device is configured to control DC power input / output to / from the power storage device by the power converter.
  • the control device can control the power storage device when the temperature of the power storage device is lower than a predetermined temperature.
  • a first state in which the power converter is controlled so that power consumption of the electrical load is ensured with discharging, and the power converter is controlled so that power consumption of the electrical load is secured with charging of the power storage device The temperature increase control is alternately executed to alternately generate the second state.
  • control device controls the power converter so that the discharge power from the power storage device in the first state is equal to the power consumption of the electric load.
  • the power converter is a charging device for converting AC power of the power line into DC power for charging the power storage device, and for converting DC power from the power storage device to AC power for output to the power line.
  • Power generation device In the first state, the control device operates the power generation device while stopping the power generation device, and in the second state, the control device operates the charging device while stopping the power generation device.
  • connection node is constituted by an outlet for connecting an electric load to the power line.
  • a control method for a power supply device of an electric vehicle equipped with an electric motor that generates vehicle drive power including a power storage device, a power line, a power converter, a connection node, Is provided.
  • the power storage device stores electric power input / output to / from the electric motor.
  • the power line is connected to an external power source during external charging.
  • the power converter is configured to perform bidirectional power conversion between AC power of the power line and DC power input / output to / from the power storage device.
  • the connection node is provided for connecting an electrical load to a path between the external power supply and the power storage device.
  • the control method when the external power source is connected to the power line and the electrical load is connected to the path between the external power source and the power storage device, whether or not the temperature increase control of the power storage device is necessary based on the temperature of the power storage device.
  • a first state in which the power converter is controlled so that the power consumption of the electric load is ensured with the discharge of the power storage device when it is determined that the temperature raising control is necessary, and the power storage device And performing a temperature rise control by alternately generating a second state in which the power converter is controlled so that the power consumption of the electric load is ensured with the charging.
  • the executing step includes a step of controlling a transition from the first state to the second state and a transition from the second state to the first state in accordance with the state of charge of the power storage device. .
  • the step of instructing the transition to the second state when the SOC decreases to a first determination value lower than the SOC at the start of the temperature raising control in the first state In the state of 2, when the SOC rises to a second determination value that is higher than the SOC at the start of the temperature raising control, there is a step of instructing a transition to the first state.
  • the executing step includes a step of controlling the power converter so that the discharge power from the power storage device in the first state is equivalent to the power consumption of the electric load.
  • the power converter is a charging device for converting AC power of the power line into DC power for charging the power storage device, and for converting DC power from the power storage device to AC power and outputting the AC power to the power line.
  • Power generation device for converting AC power of the power line into DC power for charging the power storage device, and for converting DC power from the power storage device to AC power and outputting the AC power to the power line.
  • Power generation device includes a step of stopping the charging device while operating the power generation device in the first state, and a step of stopping the power generation device while operating the charging device in the second state.
  • the power storage device in an electric vehicle equipped with a mechanism for charging an in-vehicle power storage device with an external power source, the power storage device can be efficiently warmed up.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an electric vehicle equipped with a power supply device according to an embodiment of the present invention.
  • electrically powered vehicle 100 includes power storage device 110 corresponding to “power storage device”, system main relay (hereinafter also referred to as SMR (System Main Relay)) 115, and PCU (Power Control Unit) 120. And 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.
  • motor generator 130 is, for example, a permanent magnet type synchronous motor including a rotor in which permanent magnets are embedded.
  • 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.
  • a necessary vehicle driving force is generated by operating the engine and the motor generator 130 in a coordinated manner.
  • electric vehicle 100 in the present embodiment represents a vehicle equipped with an electric motor for generating vehicle driving force, and is equipped with an engine and a hybrid vehicle that generates vehicle driving force with electric motor, and the engine.
  • the point which includes the electric vehicle which does not carry out, a fuel cell vehicle, etc. is described definitely.
  • a power supply device for an electric vehicle is configured by a portion excluding the motor generator 130, the power transmission gear 140, and the drive wheel 150 from the configuration of the electric vehicle 100 shown in FIG.
  • the power supply device further includes an external charger 200, a charging relay 240, and a charging inlet 250 as a configuration (external charging system) for externally charging the power storage device 110 with electric power from the external power supply 260.
  • external power supply 260 is a commercial AC power supply.
  • a charging connector 270 of a charging cable 280 for electrically connecting the external power source 260 and the electric vehicle 100 is connected to the charging inlet 250. Electric power from external power supply 260 is transmitted to electric vehicle 100 via charging cable 280.
  • power lines ACL1 and ACL2 are connected to external power supply 260 during external charging. That is, power lines ACL1 and ACL2 correspond to “power lines”.
  • External charger 200 is connected to charging inlet 250 via power lines ACL1 and ACL2. External charger 200 is electrically connected to power storage device 110 via power line PL2 and ground line NL2, and charging relay 240 (hereinafter also referred to as CHR 240) that is turned on during external charging.
  • CHR 240 charging relay 240
  • 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 external charger 200 based on control signal SE2 from ECU 300.
  • External charger 200 converts AC power supplied from external power supply 260 into DC power for charging power storage device 110 in accordance with power command value Pout * from ECU 300. Further, external charger 200 converts DC power from power storage device 110 into AC power equivalent to AC power from external power supply 260 in accordance with power command value Pout * from ECU 300, and outputs it to power lines ACL1 and ACL2. To do.
  • the external charger 200 is configured to perform bidirectional AC / DC power conversion. That is, the external charger 200 corresponds to a “power converter”.
  • the output power Po of the external charger 200 is detected by the power detector 205.
  • the output power Po is positive (Po> 0)
  • power is output from the external charger 200 to the power lines ACL1 and ACL2.
  • the output power Po is negative (Po ⁇ 0)
  • power is input to the external charger 200 from the power lines ACL1 and ACL2.
  • power storage device 110 is discharged when Po> 0, and power storage device 110 is charged when Po ⁇ 0.
  • Output power Po of external charger 200 is controlled in accordance with power command value Pout * from ECU 300. That is, charging / discharging of power storage device 110 can be controlled by power command value Pout *.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the external charger 200.
  • external charger 200 includes a control circuit 201, an AC / DC converter 202, and a DC / DC converter 204.
  • the AC / DC converter 202 includes reactors L1 and L2, a smoothing capacitor C3, and a bridge circuit 112.
  • Reactor L1 is connected in series with power line ACL1.
  • Reactor L2 is connected in series with power line ACL2.
  • Bridge circuit 112 converts AC voltage Vac between power lines ACL1 and ACL2 into a DC voltage by on / off control of the power semiconductor switching element, and outputs the DC voltage between power line PL3 and ground line NL3.
  • Smoothing capacitor C1 is connected between power line PL3 and ground line NL3.
  • the DC / DC converter 204 includes bridge circuits 114 and 116 and a transformer 117.
  • the bridge circuit 114 converts the DC voltage of the power line PL3 and the ground line NL3 into AC power by on / off control of the power semiconductor switching element, and outputs it to the primary side of the transformer 117.
  • the transformer 117 converts the AC voltage on the primary side according to a predetermined primary / secondary winding ratio and outputs it to the secondary side.
  • Bridge circuit 116 converts the AC voltage on the secondary side of transformer 117 into a DC voltage by on / off control of the power semiconductor switching element, and outputs the converted DC voltage Vdc between power line PL2 and ground line NL2. .
  • AC voltage Vac for example, 100 VAC
  • DC voltage Vdc DC voltage Vdc that charges power storage device 110 while ensuring insulation between external power supply 260 and power storage device 110. it can.
  • 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 PL3 and ground line NL3. Also have. This function can be realized by on / off control of the power semiconductor switching elements constituting the bridge circuits 114 and 116.
  • AC / DC converter 202 has a function of converting a DC voltage between power line PL3 and ground line NL3 into AC power equivalent to the power from external power supply 260 and outputting it to power lines ACL1 and ACL2. .
  • This function can be realized by on / off control of the power semiconductor switching elements constituting the bridge circuit 112.
  • the control circuit 201 generates a control signal PWA for the AC / DC converter 202 and a control signal PWD for the DC / DC converter 204 in accordance with the power command value Pout * from the ECU 300.
  • On / off of the power semiconductor switching elements constituting the bridge circuits 112, 114, 116 is controlled according to the control signals PWA, PWD.
  • Control signals PWA and PWD are adjusted according to the deviation between power command value Pout * and detected output power Po.
  • the power supply device further includes an outlet 230 and a relay 235.
  • the outlet 230 is an AC outlet for taking out commercial AC power.
  • the outlet 230 is connected to the power lines ACL1 and ACL2 via the relay 235.
  • Relay 235 is controlled to be turned on in response to a switch operation of the user of electric vehicle 100 or connection of electric load 290 to outlet 230.
  • the outlet 230 constitutes a “connection node” for connecting the electrical load 290 to the path between the external power supply 260 and the power storage device 110.
  • electrical load 290 is operable by AC power on power lines ACL1 and ACL2 by being connected to outlet 230.
  • the power detector 255 is configured to detect the power consumption Pl of the electric load 290. The detected power consumption Pl is sent to ECU 300.
  • the electric load 290 When the electric load 290 is connected to the outlet 280 in a state where the external power supply 260 is connected to the electric vehicle 100, the electric load 290 is connected to the path between the external power supply 260 and the power storage device 110.
  • Po ⁇ 0 external power supply 260 supplies the sum of the charging power of power storage device 110 and power consumption Pl of electric load 290.
  • Po> 0 the shortage of the output power Po with respect to the power consumption Pl is supplied from the external power supply 260. It is desirable to control so that Psys ⁇ 0 is maintained so as not to generate a reverse power flow.
  • ECU 300 outputs control signals for controlling SMR 115, PCU 120, external charger 200, CHR 240, and the like.
  • ECU 300 receives detected values of voltage VB, temperature TB, and current IB from a sensor (not shown) included in power storage device 110. ECU 300 calculates an SOC (State of Charge) indicating the state of charge of power storage device 110 based on at least a part of these detected values. At the time of external charging, power command value Pout * is appropriately set in order to control charging / discharging of power storage device 110.
  • SOC State of Charge
  • ECU300 comprehensively the control function of each apparatus of the electric vehicle 100
  • position part of the function of ECU300 separately.
  • the control function of the external charging system devices for example, external charger 200 and CHR 240
  • an ECU separate from ECU 300 may be provided.
  • the power storage device 110 configured by a secondary battery has a low charge / discharge efficiency due to an increase in internal resistance at low temperatures. Therefore, when external power supply 260 is connected to electrically powered vehicle 100 when power storage device 110 is at a low temperature, power storage device 110 is preferably warmed up in preparation for external charging or subsequent vehicle travel. In the present embodiment, warm-up control of power storage device 110 (hereinafter also referred to as battery warm-up control) is performed using electric load 290 connected to the path between external power supply 260 and power storage device 110.
  • battery warm-up control is performed using electric load 290 connected to the path between external power supply 260 and power storage device 110.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control process of battery warm-up control according to the embodiment of the present invention.
  • the processing of each step shown in FIG. 4 can be realized by software processing or hardware processing by ECU 300.
  • the flowchart shown in FIG. 4 is periodically executed when external power supply 260 is connected to electrically powered vehicle 100 and electrical load 290 is connected to the path between external power supply 260 and power storage device 110.
  • ECU 300 determines in step S100 whether or not the battery warm-up is necessary based on temperature TB of power storage device 110. For example, when temperature TB is lower than determination value Tth, it is determined that battery warm-up is necessary.
  • ECU 300 turns off the temperature increase control for battery warm-up in step S250 when battery warm-up is unnecessary (NO in S100).
  • ECU 300 determines in step S110 whether the temperature raising control has already been executed (turned on). ECU 300 turns on the temperature increase control at step S120 when the temperature increase control has not yet been executed (NO in S110). Thereby, temperature raising control is started.
  • step S110 stores SOC of the electrical storage apparatus 110 at the time of temperature rising control start as a SOC reference value (SOCr) in temperature rising control by step S130.
  • SOCr SOC reference value
  • ECU 300 switches between discharge mode (first state) and charge mode (second state) by the processes of steps S150 to S210 described below when temperature increase control is on (when YES is determined in S110).
  • the temperature increase control is performed alternately.
  • ECU 300 first determines in step S150 which one of the discharge mode and the charge mode is selected. Note that at the start of temperature increase control, one mode (for example, discharge mode) is fixedly selected in advance.
  • ECU 300 compares the current SOC with the SOC lower limit value in the temperature increase control in step S160 when the discharge mode is selected (YES determination in S150).
  • This SOC lower limit value is set to a value obtained by subtracting a predetermined value dSOC from the SOC reference value (SOCr) set in step S120.
  • the power consumption Pl of the electrical load 290 is ensured with the discharge of the power storage device 110.
  • ECU 300 compares the current SOC with the SOC upper limit value in the temperature increase control in step S170.
  • the SOC upper limit value is set to a value obtained by adding a predetermined value dSOC to the SOC reference value (SOCr) set in step S120.
  • ECU 300 proceeds to steps S200 and S210 to continue the charging mode when the current SOC is lower than the SOC upper limit value in the charging mode (NO in S170).
  • the process proceeds to steps S180 and S190 to instruct a transition from the charging mode to the discharging mode.
  • step S100 is determined as NO. Thereby, ECU 300 advances the process to step S210 and turns off the temperature increase control. As a result, the temperature increase control is terminated.
  • the determination value Tth is preferably provided with hysteresis between the temperature rise control off and the temperature rise control on, that is, between the temperature rise control start determination and end determination. Therefore, when the temperature increase control is started, the determination value Tth is increased more than before the temperature increase control is started.
  • FIG. 5 shows an operation waveform example of battery warm-up control according to the embodiment of the present invention.
  • temperature increase control is turned off.
  • the temperature rise control is turned on.
  • the SOC at that time (time t1) is set to the SOC reference value (SOCr) in the temperature increase control.
  • the SOC upper limit value (SOCr + dSOC) and the SOC lower limit value (SOCr ⁇ dSOC) in temperature increase control are determined based on SOCr.
  • the discharge mode is selected at the start of temperature rise control. Thereby, Pa is output from the external charger 200 with the discharge of the power storage device 110 from time t1. For this reason, the supplied power Psys from the external power supply 260 decreases from Pl to Pl-Pa. In the discharge mode, the SOC of power storage device 110 gradually decreases.
  • the temperature rise control is switched from the discharge mode to the charge mode by reducing the SOC to the SOC lower limit value (SOCr-dSOC) in the temperature rise control.
  • SOCr-dSOC SOC lower limit value
  • the power storage device SOC rises to the SOC upper limit value (SOCr + dSOC) in the temperature increase control, whereby the temperature increase control is switched from the charge mode to the discharge mode. Thereafter, the discharge mode and the charge mode are alternately set as the SOC decreases due to the discharge of the power storage device 110 in the discharge mode and the SOC increases due to the charge of the power storage device 110 in the charge mode. become.
  • SOCr + dSOC SOC upper limit value
  • the power storage device 110 is repeatedly charged and discharged, so that the temperature TB of the power storage device 110 rises.
  • the temperature increase control is turned off.
  • power storage device 110 repeats charging and discharging while driving electric load 290, so that the inside of power storage device 110 can be directly warmed by internal heat generation associated with charging and discharging.
  • the temperature can be increased efficiently.
  • unnecessary power consumption for warm-up control is not generated unlike driving of an electric heater for heating or the like. . Accordingly, power consumption required for increasing the temperature of power storage device 110 can be suppressed, and power storage device 110 can be efficiently warmed up.
  • the SOC change range by the temperature rise control can be managed.
  • the SOC change range based on the SOC at the start of temperature increase it is possible to prevent the SOC of the power storage device from changing significantly due to the temperature increase control.
  • the power (Pa) input / output from the external charger 200 in the temperature rise control is equal to the power consumption Pl of the electric load 290.
  • electric power is output from electric vehicle 100 to external power supply 260, that is, reverse power flow with respect to system power is prevented, and charge / discharge power of power storage device 110 is secured to the maximum.
  • the temperature rise effect can be enhanced.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of the external charger in the power supply device for the electric vehicle according to the modification of the embodiment of the present invention.
  • External charger 200 # includes a control circuit 201 #, a charging device 206, and a power generation device 207.
  • Charging device 206 converts AC power on power lines ACL1 and ACL2 into DC power for charging power storage device 110.
  • the power generation device 207 converts the power (DC power) from the power storage device 110 into AC power equivalent to AC power from the external power supply 260 and outputs the AC power to the power lines ACL1 and ACL2.
  • external charger 200 # includes an external charger 200 (FIG. 1) that performs bidirectional AC / DC power conversion, charging device 206 for unidirectional AC / DC power conversion, and unidirectional DC / Equivalent to a power generator 207 for AC power conversion.
  • the charging device 206 is obtained by configuring the bridge circuit 112 as a diode bridge without using the power semiconductor switching element in the external charger 200 shown in FIG.
  • the power generation device 207 is obtained by configuring the bridge circuit 114 as a diode bridge without using a power semiconductor switching element in the external charger 200 shown in FIG.
  • Control circuit 201 # generates control signal PWCH for charging device 206 and control signal PWG for power generation device 207 in accordance with power command value Pout * from ECU 300.
  • control signal PWCH or PWG is adjusted according to the deviation between power command value Pout * and detected output power Po.
  • FIG. 7 is a flowchart for explaining battery warm-up control processing according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • ECU 300 executes steps S190 # and S210 # instead of steps S190 and S210 of FIG. Since the processing in other steps is the same as in FIG. 4, detailed description will not be repeated.
  • the power consumption of electric load 290 is ensured with charging / discharging of power storage device 110, similarly to the configuration shown in FIGS. It is possible to execute battery warm-up control with high efficiency by repeating the discharge mode and the discharge mode.
  • an external charger applied to an electric vehicle of a type in which the outlet 230 is not arranged can be configured. Therefore, in the external charger 200 # of FIG. 6, since the degree of sharing of the parts is increased between the electric vehicle having the outlet 230 and the electric vehicle having no outlet 230, the design can be generalized. It is advantageous.
  • the configuration after power line PL1 (vehicle traveling system) is not limited to the illustrated configuration. That is, as described above, the present invention can be commonly applied to electric vehicles equipped with an electric motor for generating wheel driving force, such as an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle.
  • the external charger 200 will be described in a confirming manner that any circuit configuration can be applied as long as the above-described bidirectional or unidirectional power conversion with power control is possible.
  • any circuit configuration can be applied as long as the above-described bidirectional or unidirectional power conversion with power control is possible.
  • an insulated external charger using the transformer 117 is illustrated in FIG. 3, a non-insulated circuit configuration may be used.
  • the electrical load 290 is connected to the outlet 230, but the application of the present invention is not limited to such a configuration. That is, electric load 290 may be connected to a path between external power supply 260 and power storage device 110 without going through outlet 230.
  • an auxiliary machine used at the time of external charging can be used as the electric load 290 for battery warm-up control.
  • connection destination of the outlet 230 that is, the connection destination of the electric load 290 is not limited to the power lines ACL1 and ACL2 will be described in a confirming manner. In short, it is possible to realize a configuration in which electric load 290 is electrically connected to a path between external power supply 260 and power storage device 110 so that power can be supplied from both power storage device 110 and external power supply 260.
  • the present invention can be applied.
  • the present invention can be applied to an electric vehicle equipped with a mechanism capable of charging an in-vehicle power storage device by a power source external to the vehicle.

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Abstract

 電気負荷(290)は、外部電源(260)および蓄電装置(110)の間の経路に電気的に接続される。電気負荷(290)の消費電力は、外部充電器(200)の出力電力(Po)と外部電源(260)からの供給電力Psysの和によって確保される。ECU(300)は、蓄電装置(110)の低温時には、蓄電装置(110)の充放電を伴って電気負荷(290)の消費電力が確保される昇温制御を実行する。ECU(300)は昇温制御の実行時には、外部充電器(200)の出力電力(Po)が正に制御されて、蓄電装置(110)の放電を伴って電気負荷(290)の消費電力が確保される放電モードと、外部充電器(200)の出力電力(Po)が負に制御されて、蓄電装置(110)の充電を伴って電気負荷(290)の消費電力が確保される充電モードとが交互に生じるように、外部充電器(200)の電力指令値(Pout*)を設定する。

Description

電動車両の電源装置およびその制御方法ならびに電動車両
 この発明は、電動車両の電源装置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、車両外部の電源によって車載蓄電装置を充電可能な機構を搭載した電動車両の電気システムに関する。
 二次電池に代表される蓄電装置からの電力によって車両駆動用電動機を駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両では、車両外部の電源(以下、単に「外部電源」とも称する)によってこの蓄電装置を充電する構成が提案されている。また、以下では、外部電源による蓄電装置の充電を「外部充電」とも称する。
 たとえば、特開2009-225587号公報(特許文献1)には、外部充電時に充電効率向上および補機負荷系の動作確保を両立するための構成が記載されている。具体的には、車両駆動力用電動機およびメインバッテリの間のリレーをオフしたままでも、外部充電と補機負荷系の動作とが可能なように、外部充電によるメインバッテリの充電経路を設ける構成が記載される。さらに、特許文献1には、外部充電用の電力変換器を双方向に電力変換可能に構成することによって、メインバッテリの電力を交流電力に変換してACコンセントから出力する構成が記載されている。
 また、特開2009-224256号公報(特許文献2)には、低温時のバッテリ充電効率が低下することに鑑みて、バッテリを暖機するための構成が記載されている。具体的には、車両停止中に外部電源との接続によりモータ駆動用バッテリを充電する際に、暖房用電気ヒータの熱がモータ駆動用バッテリに伝達させる構成が記載されている。
特開2009-225587号公報 特開2009-224256号公報
 二次電池は、低温時には、内部抵抗が高くなるため、充放電の際に内部抵抗での損失が増大することによって効率が低下する。したがって、特許文献1に記載された電動車両では、メインバッテリの温度が低いときには、外部充電の効率を高めることができない。これに対して、特許文献2によれば、バッテリ暖機専用の電気ヒータを設けることなく、外部充電時にバッテリ暖機を実行することができる。
 しかしながら、特許文献2の構成では、バッテリ筐体の外部から熱を与えることによって暖機するため効率が良くなく、暖機に必要な電力が大きくなることが懸念される。
 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、車載蓄電装置を外部電源によって充電する機構を搭載した電動車両において、蓄電装置を効率的に暖機することである。
 この発明のある局面では、電動車両の電源装置は、蓄電装置と、電力線と、電力変換器と、接続ノードと、制御装置とを備える。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。電力線は、外部充電時に外部電源と接続される。電力変換器は、電力線の交流電力と蓄電装置に入出力される直に流電力との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。接続ノードは、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷を接続するために設けられる。制御装置は、電力変換器によって蓄電装置に入出力される直流電力を制御するように構成される。制御装置は、外部電源が電力線に接続され、かつ、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷が接続されている場合に、蓄電装置の温度が所定温度より低いときには、蓄電装置の放電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第1の状態と、蓄電装置の充電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせる昇温制御を実行する。
 好ましくは、制御装置は、蓄電装置の充電状態に応じて、第1の状態から第2の状態への遷移、および、第2の状態から第1の状態への遷移を制御する。
 さらに好ましくは、制御装置は、第1の状態では、昇温制御の開始時点におけるSOCよりも低い第1の判定値までSOCが低下すると第2の状態への遷移を指示するとともに、第2の状態では、昇温制御の開始時点におけるSOCよりも高い第2の判定値までSOCが上昇すると第1の状態への遷移を指示する。
 また好ましくは、制御装置は、第1の状態における蓄電装置からの放電電力が電気負荷の消費電力と同等となるように、電力変換器を制御する。
 あるいは好ましくは、電力変換器は、電力線の交流電力を、蓄電装置を充電する直流電力に変換するための充電装置と、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して電力線に出力するための発電装置とを含む。そして、制御装置は、第1の状態では発電装置を作動する一方で充電装置を停止し、第2の状態では充電装置を作動する一方で発電装置を停止する。
 好ましくは、接続ノードは、電力線に電気負荷を接続するためのアウトレットによって構成される。
 この発明の他の局面では、電動車両であって、車両駆動パワーを発生するための電動機と、蓄電装置と、電力線と、電力変換器と、接続ノードと、制御装置とを備える。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。電力線は、外部充電時に外部電源と接続される。電力変換器は、電力線の交流電力と蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。接続ノードは、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷を接続するために設けられる。制御装置は、電力変換器によって蓄電装置に入出力される直流電力を制御するように構成される。さらに、制御装置は、外部電源が電力線に接続され、かつ、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷が接続されている場合に、蓄電装置の温度が所定温度より低いときには、蓄電装置の放電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第1の状態と、蓄電装置の充電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせる昇温制御を実行するように構成される。
 好ましくは、制御装置は、第1の状態における蓄電装置からの放電電力が電気負荷の消費電力と同等となるように、電力変換器を制御する。
 また好ましくは、電力変換器は、電力線の交流電力を、蓄電装置を充電する直流電力に変換するための充電装置と、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して電力線に出力するための発電装置とを含む。制御装置は、第1の状態では発電装置を作動する一方で発電装置を停止し、第2の状態では充電装置を作動する一方で発電装置を停止する。
 好ましくは、接続ノードは、電力線に電気負荷を接続するためのアウトレットによって構成される。
 この発明のさらに他の局面では、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装置の制御方法であって、電源装置は、蓄電装置と、電力線と、電力変換器と、接続ノードとを備える。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。電力線は、外部充電時に外部電源と接続される。電力変換器は、電力線の交流電力と蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するように構成される。接続ノードは、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷を接続するために設けられる。制御方法は、外部電源が電力線に接続され、かつ、外部電源および蓄電装置の間の経路に電気負荷が接続されている場合に、蓄電装置の温度に基づいて蓄電装置の昇温制御の要否を判定するステップと、昇温制御が必要と判定されたときに、蓄電装置の放電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第1の状態と、蓄電装置の充電を伴って電気負荷の消費電力が確保されるように電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせることによって昇温制御を実行するステップとを備える。
 好ましくは、実行するステップは、蓄電装置の充電状態に応じて、第1の状態から第2の状態への遷移、および、第2の状態から第1の状態への遷移を制御するステップを含む。
 さらに好ましくは、制御するステップは、第1の状態において、昇温制御の開始時点におけるSOCよりも低い第1の判定値までSOCが低下すると第2の状態への遷移を指示するステップと、第2の状態において、昇温制御の開始時点におけるSOCよりも高い第2の判定値までSOCが上昇すると第1の状態への遷移を指示するステップとを有する。
 また好ましくは、実行するステップは、第1の状態における蓄電装置からの放電電力が電気負荷の消費電力と同等となるように電力変換器を制御するステップを含む。
 あるいは好ましくは、電力変換器は、電力線の交流電力を、蓄電装置を充電する直流電力に変換するための充電装置と、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して電力線に出力するための発電装置とを含む。実行するステップは、第1の状態において、発電装置を作動する一方で充電装置を停止するステップと、第2の状態において、充電装置を作動する一方で発電装置を停止するステップとを有する。
 この発明によれば、車載蓄電装置を外部電源によって充電する機構を搭載した電動車両において、蓄電装置を効率的に暖機することができる。
本発明の実施の形態による電源装置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に示した外部充電器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バッテリ暖機制御の制御処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態によるバッテリ暖機制御の動作を説明する波形図である。 本発明の実施の形態の変形例による電動車両の電源装置における外部充電器の構成例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バッテリ暖機制御の制御処理を示すフローチャートである。
 以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。
 図1は、本発明の実施の形態による電源装置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、「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換える。
 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、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、電動車両の電源装置が構成される。
 電源装置は、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、外部充電器200と、充電リレー240と、充電用インレット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。
 充電用インレット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。これにより、電力線ACL1,ACL2は、外部充電時に外部電源260と接続される。すなわち、電力線ACL1,ACL2は「電力線」に対応する。
 外部充電器200は、電力線ACL1,ACL2を介して充電用インレット250に接続される。また、外部充電器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と外部充電器200との間での通電経路を形成あるいは遮断する。
 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蓄電装置110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、SMR240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。
 外部充電器200は、ECU300からの電力指令値Pout*に従って、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。また、外部充電器200は、ECU300からの電力指令値Pout*に従って、蓄電装置110からの直流電力を、外部電源260からの交流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。外部充電器200は、双方向のAC/DC電力変換を実行するように構成されている。すなわち、外部充電器200は、「電力変換器」に対応する。
 外部充電器200の出力電力Poは、電力検出器205によって検出される。出力電力Poが正のとき(Po>0)には、外部充電器200から電力線ACL1,ACL2に電力が出力される。一方、出力電力Poが負のとき(Po<0)には、電力線ACL1,ACL2から外部充電器200に電力が入力される。
 したがって、図1の構成では、Po>0のときには蓄電装置110は放電し、Po<0のときには蓄電装置110は充電される。外部充電器200の出力電力Poは、ECU300からの電力指令値Pout*に従って制御される。すなわち、電力指令値Pout*によって、蓄電装置110の充電/放電を制御することができる。
 図3には、外部充電器200の構成例が示される。
 図3を参照して、外部充電器200は、制御回路201と、AC/DC変換器202と、DC/DC変換器204とを含む。
 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PL3および接地線NL3の間に出力する。平滑コンデンサC1は、電力線PL3および接地線NL3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PL3および接地線NL3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。
 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PL3および接地線NL3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PL3および接地線NL3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。
 制御回路201は、ECU300からの電力指令値Pout*に従って、AC/DC変換器202の制御信号PWAおよび、DC/DC変換器204の制御信号PWDを生成する。ブリッジ回路112,114,116を構成する電力用半導体スイッチング素子のオンオフは、制御信号PWA,PWDに従って制御される。制御信号PWA,PWDは、電力指令値Pout*と検出された出力電力Poとの偏差に応じて調整される。
 なお、ブリッジ回路112,114,116における、電力制御を伴うAC/DC変換およびDC/AC変換のための電力用半導体スイッチング素子の具体的な制御については、公知のものを任意に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、電源装置は、さらに、アウトレット230と、リレー235とを備える。アウトレット230は、商用交流電源を取出すためのACコンセントである。
 アウトレット230は、リレー235を介して、電力線ACL1,ACL2に接続される。リレー235は、電動車両100のユーザのスイッチ操作、あるいは、アウトレット230への電気負荷290の接続に応答してオンするように制御される。
 図1の構成例において、アウトレット230は、電気負荷290を外部電源260および蓄電装置110の間の経路に接続するための「接続ノード」を構成することが理解される。すなわち、電気負荷290は、アウトレット230に接続されることにより、電力線ACL1,ACL2上の交流電力によって作動可能になる。電力検出器255は、電気負荷290の消費電力Plを検出するように構成される。検出された消費電力Plは、ECU300へ送出される。
 外部電源260が電動車両100に接続されている状態で、アウトレット280に電気負荷290が接続されると、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に電気負荷290が接続される。そして、電気負荷290の消費電力Plは、外部充電器200の出力電力Poと外部電源260からの供給電力Psysとの和によって確保される。すなわち、Pl=Psys+Poの関係が成立する。Po<0のときには、外部電源260は、蓄電装置110の充電電力と、電気負荷290の消費電力Plとの和を供給する。一方、Po>0のときには、消費電力Plに対する出力電力Poの不足分が、外部電源260から供給される。なお、逆潮流を発生させないように、Psys≧0が維持されるように制御することが望ましい。
 ECU300は、SMR115、PCU120、外部充電器200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VB、温度TBおよび電流IB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の充電状態を示すSOC(State of Charge)を演算する。また、外部充電時には、蓄電装置110の充放電を制御するために、電力指令値Pout*を適切に設定する。
 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、外部充電器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。
 一般的に二次電池で構成される蓄電装置110は、低温時に、内部抵抗の上昇のために充放電の効率が低下する。したがって、蓄電装置110の低温時に、外部電源260が電動車両100に接続されている場合には、外部充電あるいはその後の車両走行に備えて、蓄電装置110を暖機することが好ましい。本実施の形態では、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に接続された電気負荷290を利用して、蓄電装置110の暖機制御(以下、バッテリ暖機制御とも称する)を実行する。
 図4は、本発明の実施の形態によるバッテリ暖機制御の制御処理を示すフローチャートである。図4に示す各ステップの処理は、ECU300によるソフトウェア処理またはハードウェア処理によって実現することができる。
 図4に示すフローチャートは、外部電源260が電動車両100に接続されており、かつ、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に電気負荷290が接続されている場合に、周期的に実行される。
 図4を参照して、ECU300は、ステップS100により、蓄電装置110の温度TBに基づいて、バッテリ暖機が必要な温度であるか否かを判定する。たとえば、温度TBが判定値Tthよりも低いときに、バッテリ暖機が必要と判定される。
 ECU300は、バッテリ暖機が不要であるとき(S100のNO判定時)には、ステップS250により、バッテリ暖機のための昇温制御をオフする。
 一方で、ECU300は、バッテリ暖機が必要であるときには、ステップS110により、昇温制御が既に実行(オン)されているかを判定する。ECU300は、昇温制御がまだ実行されていないとき(S110のNO判定時)には、ステップS120により、昇温制御をオンする。これにより、昇温制御が開始される。
 ECU300は、ステップS130により、昇温制御開始時の蓄電装置110のSOCを、昇温制御におけるSOC基準値(SOCr)として記憶する。昇温制御が開始されると、次回の処理ではステップS110がYES判定とされる。
 ECU300は、昇温制御のオン時(S110のYES判定時)には、以下に示すステップS150~S210の処理により、放電モード(第1の状態)と、充電モード(第2の状態)とを交互に生じさせるような昇温制御を実行する。
 ECU300は、まずステップS150により、放電モードおよび充電モードのいずれが選択されているかを判定する。なお、昇温制御の開始時には、固定的に一方のモード(たとえば、放電モード)が選択されるように予め設定される。
 ECU300は、放電モードが選択されているとき(S150のYES判定時)には、ステップS160により、現在のSOCと、昇温制御におけるSOC下限値とを比較する。このSOC下限値は、ステップS120で設定したSOC基準値(SOCr)から所定値dSOCを減算した値に設定される。
 ECU300は、放電モード時に現在のSOCがSOC下限値よりも高いとき(S160のNO判定時)には、ステップS180により、放電モードを継続する。さらに、ECU300は、ステップS190により、外部充電器200の電力指令値Pout*=+Paに設定する。これにより、外部充電器200は、電力指令値(Pout*=Pa)に従って、蓄電装置110から放電された電力を交流電力に変換して、電力線ACL1,ACL2に出力する。
 したがって、放電モードでは、外部電源260は、電気負荷290の消費電力Plに対する外部充電器200からの出力電力Poの不足分を供給する(Psys=Pl-Pa)。このように、放電モードでは、蓄電装置110の放電を伴って、電気負荷290の消費電力Plが確保される。
 一方、ECU300は、放電モード時に現在のSOCがSOC下限値よりも低下すると(S160のYES判定時)、ステップS200により、放電モードから充電モードへの遷移を指示する。さらに、ECU300は、ステップS210により、外部充電器200の電力指令値Pout*=-Paに設定する。これにより、外部充電器200は、電力指令値(Pout*=-Pa)に従って、電力線ACL1,ACL2の交流電力を、蓄電装置110を充電するための直流電力に変換して電力線PL2に出力する。
 したがって、外部電源260は、蓄電装置110の充電電力(-Pa)と、電気負荷290の消費電力Plとの両方を供給する(Psys=Pl+Pa)。このように、放電モードでは、蓄電装置110の充電を伴って、電気負荷290の消費電力Plが確保される。
 充電モードが選択されているとき(S150のNO判定時)には、ECU300は、ステップS170により、現在のSOCと、昇温制御におけるSOC上限値とを比較する。このSOC上限値は、ステップS120で設定したSOC基準値(SOCr)に所定値dSOCを加算した値に設定される。
 ECU300は、充電モード時に現在のSOCがSOC上限値よりも低いとき(S170のNO判定時)には、ステップS200,S210に処理を進めて、充電モードを継続する。一方、充電モード時に現在のSOCがSOC上限値よりも上昇すると(S170のYES判定時)、ステップS180,S190に処理を進めて、充電モードから放電モードへの遷移を指示する。
 このように、充電モードおよび放電モードを交互に設定する昇温制御が実行されることにより、蓄電装置110の温度TBが充放電によって上昇する。そして、昇温制御によって、温度TBが判定値Tthよりも上昇するようになると、ステップS100がNO判定される。これにより、ECU300は、ステップS210に処理を進めて昇温制御をオフする。この結果、昇温制御が終了される。
 なお、判定値Tthは、昇温制御オフ時および昇温制御オン時の間、すなわち、昇温制御の開始判定および終了判定の間でヒステリシスを設けることが好ましい。したがって、昇温制御が開始されると、判定値Tthは昇温制御の開始前よりも上昇される。
 図5には、本発明の実施の形態によるバッテリ暖機制御の動作波形例が示される。
 図5を参照して、時刻t1以前では、蓄電装置110の温度TBが、昇温制御の開始判定用の判定値Tth1よりも高いため、昇温制御はオフされている。そして、アウトレット230によって、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に接続された電気負荷290の消費電力Plは、外部電源260によって供給される。すなわち、Psys=Plである。
 時刻t1において、温度TBが判定値Tth1よりも低下すると、昇温制御がオンされる。昇温制御が開始されると、その時点(時刻t1)でのSOCが、昇温制御におけるSOC基準値(SOCr)に設定される。さらに、昇温制御におけるSOC上限値(SOCr+dSOC)およびSOC下限値(SOCr-dSOC)が、SOCrを基準に決められる。
 図5の例では、昇温制御の開始時には放電モードが選択される。これにより、時刻t1からは、蓄電装置110の放電を伴って外部充電器200からPaが出力される。このため、外部電源260からの供給電力Psysは、PlからPl-Paに減少する。放電モードでは、蓄電装置110のSOCは徐々に低下する。
 時刻taでは、SOCが昇温制御におけるSOC下限値(SOCr-dSOC)まで低下することにより、昇温制御が放電モードから充電モードに切換えられる。これにより、時刻t1からは、蓄電装置110を充電するために、外部充電器200の出力電力Po=-Paとなる。このため、外部電源260からの供給電力Psysは、Pl+Paへ増加する。充電モードでは、蓄電装置110のSOCは徐々に上昇する。
 そして、時刻tbでは、蓄電装置SOCが昇温制御におけるSOC上限値(SOCr+dSOC)まで上昇することにより、昇温制御が充電モードから放電モードに切換えられる。以降では、放電モードでの蓄電装置110の放電に伴うSOCの低下、および充電モードでの蓄電装置110の充電に伴うSOCの上昇に伴って、放電モードと充電モードとが交互に設定されることになる。
 この結果、蓄電装置110が繰り返し充放電されることにより、蓄電装置110の温度TBが上昇する。そして、時刻t2では、温度TBが昇温制御の終了判定用の判定値Tth2に達することにより、昇温制御はオフされる。
 このように、本実施の形態によるバッテリ暖機制御では、電気負荷290を駆動しながら蓄電装置110が充放電を繰返すことにより、充放電に伴う内部発熱によって直接蓄電装置110の内部を暖めることができ効率的に昇温することができる。また、電気負荷290の消費電力を確保する中で蓄電装置110を充放電するので、加熱用の電気ヒータ等の駆動のように、暖機制御のための無用な消費電力が発生することがない。これらから、蓄電装置110の昇温のために要する消費電力を抑制して、蓄電装置110を効率的に暖機することができる。
 さらに、充電モードおよび放電モードの間の遷移をSOCに応じて判定するため、昇温制御によるSOCの変化範囲を管理することができる。特に、昇温開始時点のSOCを基準としてSOCの変化範囲を設定することにより、蓄電装置のSOCが昇温制御によって大きく変わることを防止できる。
 また、昇温制御における外部充電器200から入出力される電力(Pa)については、電気負荷290の消費電力Plと同等であることが好ましい。このようにすると、外部電源260に対して電動車両100から電力が出力されること、すなわち系統電力に対する逆潮流が発生することを防止した下で、蓄電装置110の充放電電力を最大限に確保できるので、昇温効果を高めることが可能となる。
 (変形例)
 図6は、本発明の実施の形態の変形例による電動車両の電源装置における外部充電器の構成例を示すブロック図である。
 図6を参照して、本発明の実施の形態の変形例では、図1の構成において、外部充電器200を、図6に示した外部充電器200♯に置換する。本発明の実施の形態の変形例による電動車両の電源装置のその他の部分の構成は、図1と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
 外部充電器200♯は、制御回路201♯と、充電装置206と、発電装置207とを含む。
 充電装置206は、電力線ACL1,ACL2上の交流電力を、蓄電装置110を充電するための直流電力に変換する。発電装置207は、蓄電装置110からの電力(直流電力)を、外部電源260からの交流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。
 すなわち、外部充電器200♯は、双方向のAC/DC電力変換を実行する外部充電器200(図1)を、単方向のAC/DC電力変換のための充電装置206と、単方向のDC/AC電力変換のための発電装置207とに分割したものに相当する。
 たとえば、充電装置206は、図3に示した外部充電器200において、ブリッジ回路112を、電力用半導体スイッチング素子を用いずにダイオードブリッジで構成することによって得られる。同様に、発電装置207は、図3に示した外部充電器200において、ブリッジ回路114を、電力用半導体スイッチング素子を用いずにダイオードブリッジで構成することによって得られる。
 制御回路201♯は、ECU300からの電力指令値Pout*に従って、充電装置206の制御信号PWCHおよび、発電装置207の制御信号PWGを生成する。外部充電器200♯では、電力指令値Pout*の正負に応じて、充電装置206および発電装置207の一方が選択的に作動される。制御信号PWCHまたはPWGは、電力指令値Pout*と検出された出力電力Poとの偏差に応じて調整される。
 図7は、本発明の実施の形態の変形例によるバッテリ暖機制御の処理を説明するフローチャートである。
 図7を図4と比較して、本発明の実施の形態の変形例によるバッテリ暖機制御では、ECU300は、図4のステップS190およびS210に代えて、ステップS190♯およびS210♯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。
 ECU300は、放電モードが選択されると、ステップS190♯において、発電装置207を作動させる。そして、発電装置207の出力電力について、電力指令値Pout*=+Paに設定する。この際に、充電装置206では全ての電力用半導体スイッチング素子をオフに固定できる。さらに、発電装置207でオンオフ制御される電力用半導体スイッチング素子の数も、図3の外部充電器200よりも少ない。
 一方、ECU300は、充電モードが選択されると、ステップS210♯において、充電装置206を作動させる。そして、充電装置206の出力電力について、電力指令値Pout*=-Paに設定する。この際に、発電装置207では全ての電力用半導体スイッチング素子をオフに固定できる。さらに、充電装置206でオンオフ制御される電力用半導体スイッチング素子の数も、図3の外部充電器200よりも少ない。
 このように、実施の形態の変形例による電動車両の電源装置においても、図1および図3に示した構成と同様に、蓄電装置110の充放電を伴って電気負荷290の消費電力を確保するための放電モードおよび放電モードの繰返しによって、高効率のバッテリ暖機制御を実行することが可能である。
 さらに、図6に示した構成では、発電装置207を除去すれば、アウトレット230が配置されないタイプの電動車両に適用される外部充電器を構成できる。したがって、図6の外部充電器200♯は、アウトレット230を具備するタイプの電動車両と、具備しないタイプの電動車両との間で、部品の共有度が高められるので、設計の汎用化の面で有利である。
 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、外部充電器200についても、上述した、電力制御を伴う双方向または単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を用いた絶縁型の外部充電器を例示したが、非絶縁型の回路構成を用いることも可能である。
 また、本実施の形態およびその変形例では、電気負荷290はアウトレット230に接続されるものとしたが、本発明の適用は、このような構成に限定されるものではない。すなわち、電気負荷290は、アウトレット230を介することなく、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に接続されてもよい。たとえば、外部充電時に使用される補機を、電気負荷290としてバッテリ暖機制御に用いることも可能である。
 また、アウトレット230の接続先、すなわち、電気負荷290の接続先が、電力線ACL1,ACL2に限定されない点についても確認的に記載する。要は、電気負荷290が、外部電源260および蓄電装置110の間の経路に電気的に接続されることによって、蓄電装置110および外部電源260の両者から電力が供給可能な構成が実現可能であれば、本発明を適用することができる。
 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。
 この発明は、車両外部の電源によって車載蓄電装置を充電可能な機構を搭載した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、121,170 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、145 リレー(SMR)、150 駆動輪、200,200♯ 外部充電器、201、201♯ 制御回路、202 AC/DC変換器、204 DC/DC変換器、205,255 電力検出器、206 充電装置、207 発電装置、230 アウトレット、235 リレー(アウトレット)、240 充電リレー(CHR)、250 充電用インレット、260 外部電源、270 充電コネクタ、280 充電ケーブル、280 アウトレット、290 電気負荷、300 制御装置(ECU)、ACL1,ACL2,HPL,PL1,PL2,PL3, 電力線、C1,C2,C3 平滑コンデンサ、IB 電流(蓄電装置)、L1,L2, リアクトル、NL1,NL2,NL3 接地線、PWA,PWD,PWC,PWCH,PWD,PWG,PWI,SE1,SE2 制御信号、Pl 消費電力(電気負荷)、Po 出力電力(外部充電器)、Pout* 電力指令値、Psys 供給電力(外部電源)、TB 温度(蓄電装置)、Tth,Tth1,Tth2 判定値、VB 電圧、Vac 交流電圧、Vdc 直流電圧。

Claims (15)

  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蓄電装置(110)と、
     外部充電時に外部電源(260)と接続される電力線(ACL1,ACL2)と、
     前記電力線の交流電力と前記蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するための電力変換器(200)と、
     前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に電気負荷(290)を接続するための接続ノード(230)と、
     前記電力変換器によって前記蓄電装置に入出力される直流電力を制御するための制御装置(300)とを備え、
     前記制御装置は、前記外部電源が前記電力線に接続され、かつ、前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に前記電気負荷が接続されている場合に、前記蓄電装置の温度(TB)が所定温度(Tth1,Tth2)より低いときには、前記蓄電装置の放電を伴って前記電気負荷の消費電力(Pl)が確保されるように前記電力変換器を制御する第1の状態と、前記蓄電装置の充電を伴って前記電気負荷の消費電力が確保されるように前記電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせる昇温制御を実行するように構成される、電動車両の電源装置。
  2.  前記制御装置(300)は、前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記第1の状態から前記第2の状態への遷移、および、前記第2の状態から前記第1の状態への遷移を制御する、請求の範囲第1項に記載の電動車両の電源装置。
  3.  前記制御装置(300)は、前記第1の状態では、前記昇温制御の開始時点におけるSOCよりも低い第1の判定値までSOCが低下すると前記第2の状態への遷移を指示するとともに、前記第2の状態では、前記昇温制御の開始時点におけるSOCよりも高い第2の判定値までSOCが上昇すると前記第1の状態への遷移を指示する、請求の範囲第2項に記載の電動車両の電源装置。
  4.  前記制御装置(300)は、前記第1の状態における前記蓄電装置からの放電電力が前記電気負荷(290)の消費電力(Pl)と同等となるように、前記電力変換器(200)を制御する、請求の範囲第1項に記載の電動車両の電源装置。
  5.  前記電力変換器(200)は、
     前記電力線の前記交流電力を、前記蓄電装置を充電する前記直流電力に変換するための充電装置(206)と、
     前記蓄電装置からの前記直流電力を前記交流電力に変換して前記電力線に出力するための発電装置(207)とを含み、
     前記制御装置(300)は、前記第1の状態では前記発電装置を作動する一方で前記充電装置を停止し、前記第2の状態では前記充電装置を作動する一方で前記発電装置を停止する、請求の範囲第1項に記載の電動車両の電源装置。
  6.  前記接続ノードは、前記電力線に前記電気負荷(290)を接続するためのアウトレット(230)によって構成される、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装置。
  7.  車両駆動パワーを発生するための電動機(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蓄電装置(110)と、
     外部充電時に外部電源(260)と接続される電力線(ACL1,ACL2)と、
     前記電力線の交流電力と前記蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するための電力変換器(200)と、
     前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に電気負荷(290)を接続するための接続ノード(230)と、
     前記電力変換器によって前記蓄電装置に入出力される直流電力を制御するための制御装置(300)とを備え、
     前記制御装置は、前記外部電源が前記電力線に接続され、かつ、前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に前記電気負荷が接続されている場合に、前記蓄電装置の温度(TB)が所定温度(Tth1,Tth2)より低いときには、前記蓄電装置の放電を伴って前記電気負荷の消費電力(Pl)が確保されるように前記電力変換器を制御する第1の状態と、前記蓄電装置の充電を伴って前記電気負荷の消費電力が確保されるように前記電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせる昇温制御を実行するように構成される、電動車両。
  8.  前記制御装置(300)は、前記第1の状態における前記蓄電装置からの放電電力が前記電気負荷(290)の消費電力(Pl)と同等となるように、前記電力変換器(200)を制御する、請求の範囲第7項に記載の電動車両。
  9.  前記電力変換器(200)は、
     前記電力線の前記交流電力を、前記蓄電装置を充電する前記直流電力に変換するための充電装置(206)と、
     前記蓄電装置からの前記直流電力を前記交流電力に変換して前記電力線に出力するための発電装置(207)とを含み、
     前記制御装置(300)は、前記第1の状態では前記発電装置を作動する一方で前記発電装置を停止し、前記第2の状態では前記充電装置を作動する一方で前記発電装置を停止する、請求の範囲第7項に記載の電動車両。
  10.  前記接続ノードは、前記電力線に前記電気負荷(290)を接続するためのアウトレット(230)によって構成される、請求の範囲第7項~第9項のいずれか1項に記載の電動車両。
  11.  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装置の制御方法であって、
     前記電源装置は、
     前記電動機(130)に対して入出力される電力を蓄積するための蓄電装置(110)と、
     外部充電時に外部電源(260)と接続される電力線(ACL1,ACL2)と、
     前記電力線の交流電力と前記蓄電装置に入出力される直流電力との間で双方向の電力変換を実行するための電力変換器(200)と、
     前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に電気負荷(290)を接続するための接続ノード(230)とを備え、
     前記制御方法は、
     前記外部電源が前記電力線に接続され、かつ、前記外部電源および前記蓄電装置の間の経路に前記電気負荷が接続されている場合に、前記蓄電装置の温度(TB)に基づいて前記蓄電装置の昇温制御の要否を判定するステップ(S100)と、
     前記昇温制御が必要と判定されたときに、前記蓄電装置の放電を伴って前記電気負荷の消費電力(Pl)が確保されるように前記電力変換器を制御する第1の状態と、前記蓄電装置の充電を伴って前記電気負荷の消費電力が確保されるように前記電力変換器を制御する第2の状態とを交互に生じさせることによって前記昇温制御を実行するステップ(S150-S210)とを備える、電動車両の電源装置の制御方法。
  12.  前記実行するステップは、
     前記蓄電装置の充電状態に応じて、前記第1の状態から前記第2の状態への遷移、および、前記第2の状態から前記第1の状態への遷移を制御するステップ(S160,S170)を含む、請求の範囲第11項に記載の電動車両の電源装置の制御方法。
  13.  前記制御するステップは、
     前記第1の状態において、前記昇温制御の開始時点におけるSOCよりも低い第1の判定値までSOCが低下すると前記第2の状態への遷移を指示するステップ(S160)と、
     前記第2の状態において、前記昇温制御の開始時点におけるSOCよりも高い第2の判定値までSOCが上昇すると前記第1の状態への遷移を指示するステップ(S170)とを有する、請求の範囲第12項に記載の電動車両の電源装置の制御方法。
  14.  前記実行するステップは、
     前記第1の状態における前記蓄電装置からの放電電力が前記電気負荷(290)の消費電力(Pl)と同等となるように前記電力変換器(200)を制御するステップ(S190)を含む、請求の範囲第11項に記載の電動車両の電源装置の制御方法。
  15.  前記電力変換器(200)は、
     前記電力線の前記交流電力を、前記蓄電装置を充電する前記直流電力に変換するための充電装置(206)と、
     前記蓄電装置からの前記直流電力を前記交流電力に変換して前記電力線に出力するための発電装置(207)とを含み、
     前記実行するステップは、
     前記第1の状態において、前記発電装置を作動する一方で前記充電装置を停止するステップ(S190♯)と、
     前記第2の状態において、前記充電装置を作動する一方で前記発電装置を停止するステップ(S210♯)とを有する、請求の範囲第11項に記載の電動車両の電源装置の制御方法。
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