JP2009071898A - 蓄電機構の充電制御システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、外部電源の出力電圧を測定する電圧センサに誤差が生じても、充電時の効率を低下させることなく、充電開始時における過大電流の発生を防止する。
【解決手段】期間Ｔ１では外部電源が遮断された状態で、変換された外部電源電圧が出力される電力線の電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｍａｘまで昇圧される。時刻ｔ１において、外部電源が接続されるが、電圧ＶＨが昇圧されているため、外部電源から流入する過大な突入電流の発生が防止される。期間Ｔ２では、電圧ＶＨを徐々に低下させながら電流Ｉａｃの方向を監視することにより、変換された外部電源電圧と均衡する電力線の電圧ＶＨ＊が求められる。期間Ｔ４では、電圧ＶＨをＶＨ＊以下に低下させた状態で、外部電源からの電力により充電指令に従ってバッテリ（蓄電機構）を充電する。
【選択図】図６

Description

この発明は、蓄電機構の充電制御システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、車両に搭載された蓄電機構を車両外部の電源からの供給電力によって充電する技術に関する。

従来より、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車など、電動モータを駆動源として用いる車両が知られている。このような車両には、電動モータへの供給電力を蓄えるためにバッテリなどの蓄電機構が搭載される。バッテリには、回生制動時に発電された電力や、車両に搭載され発電機が発電した電力が蓄えられる。

近年、上記のような車両において、たとえば家屋の電源などの車両外部の電源（以下、単に外部電源とも称する）によって、蓄電機構を充電する構成が提案されている。具体的には、家屋に設けられたコンセントと、車両に設けられたコネクタとをケーブルで連結することにより、家屋の電源から供給された電力によって、車両の蓄電機構（バッテリ）が充電される。以下、車両の外部電源により、車両に搭載されたバッテリ等の蓄電機構を充電可能な車両を「プラグイン車」とも称することとする。

プラグイン車の規格は、日本においては「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」（非特許文献１）により制定され、アメリカ合衆国においては「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ」（非特許文献２）により制定される。

このような、プラグイン車における充電システムの一形態として、特開平１１−２０５９０９号公報（特許文献１）に開示されるように、外部交流電源からの交流電圧を測定可能に電圧センサが配置される構成が提案される。さらに、特許文献１の構成では、外部交流電源のコンセントと電気自動車との間に、漏電を検出するためのホールセンサ、検出回路、漏電リレー、漏電テストリレーおよび漏電抵抗を備えた漏電遮断器を設ける。そして、充電時には、漏電テストリレーを閉状態として強制的に短絡させて、漏電リレーが遮断するかどうかを確認した後に、充電が開始される。
特開平１１−２０５９０９号公報 「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格（日本電動車両規格）、２００１年３月２９日 「エスエーイー エレクトリック ビークル コンダクティブ チャージ カプラ（SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler）」、（アメリカ合衆国）、エスエーイー規格（SAE Standards）、エスエーイー インターナショナル（SAE International）、２００１年１１月

特許文献１のように、電圧センサにより外部電源の出力電圧を検知可能な構成とすれば、外部電源による蓄電機構の充電（以下、「外部充電」とも称する）時に、過電流が発生したりしないように、適切な充電制御を行なうことが可能となる。

しかしながら、このような充電制御では、電圧センサに誤差が発生したときに、充電に不具合が発生するおそれがある。特に、充電開始時において、意図しない電圧差の発生により、突入電流等の過大電流が生じてしまう可能性がある。

あるいは、外部電源からの供給電圧を大幅に昇圧しなければ蓄電機構に対して充電できない状態に維持して充電動作を行なえば、外部電源からの大きな突入電流の発生を防止することは可能である。その一方で、外部充電時に常時大幅な昇圧動作が必要な制御構成とすると、電圧変換に係るスイッチング損失の発生等により、充電効率が低下する可能性がある。

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、外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、外部電源の出力電圧を正確に検知できなくても、充電時の効率を低下させずに過大電流の発生を確実に防止可能な充電制御を実現することである。

この発明による蓄電機構の充電制御システムは、電動車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムであって、コンバータと、給電線と、電流検出器と、開閉装置と、充電電力変換装置と、制御装置とを備える。コンバータは、蓄電機構と電力線との間で双方向に電力変換可能に構成された、電力線の電圧を目標電圧に制御する。給電線は、電動車両の外部電源によって蓄電機構を充電する外部充電モードにおいて、コネクタを介して外部電源と電気的に接続される。電流検出器は、給電線を流れる電流を検出する。開閉装置は、給電線に介挿接続される。充電電力変換装置は、給電線と電力線の間に設けられ、外部電源からの交流電圧を直流電圧に変換して、電力線に出力する。制御装置は、外部充電モード時における充電制御システムの動作を制御する。そして、制御装置は、充電前昇圧部と、電圧均衡条件決定部と、充電制御部とを備える。充電前昇圧部は、開閉装置を開放した状態で、充電電力変換装置が交流電圧を変換して電力線に出力する最高電圧よりも高い所定電圧に目標電圧を設定する。電圧均衡条件決定部は、充電前昇圧部によって電力線が所定電圧に設定された後、開閉装置を閉成し、さらに、目標電圧を徐々に低下させながら電流検出器による検出電流を監視することによって、充電電力変換装置の出力電圧が電力線上の電圧と同等となるときの目標電圧である均衡電圧を決定する。充電制御部は、均衡電圧以下に目標電圧を設定するとともに、蓄電機構の充電指令に従って充電電力変換装置の動作を制御することによって蓄電機構を充電する。

あるいは、この発明は、電動車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムの制御方法であって、充電制御システムは、コンバータと、給電線と、電流検出器と、開閉装置と、充電電力変換装置とを備える。コンバータは、蓄電機構と電力線との間で双方向に電力変換可能に構成された、電力線の電圧を目標電圧に制御する。給電線は、電動車両の外部電源によって蓄電機構を充電する外部充電モードにおいて、コネクタを介して外部電源と電気的に接続される。電流検出器は、給電線を流れる電流を検出する。開閉装置は、給電線に介挿接続される。充電電力変換装置は、給電線と電力線の間に設けられ、外部電源からの交流電圧を直流電圧に変換して、電力線に出力する。そして、制御方法は、外部充電モード時に、開閉装置を開放した状態で、充電電力変換装置が交流電圧を変換して電力線に出力する最高電圧よりも高い所定電圧に目標電圧を設定するステップと、電力線が所定電圧に設定された後、開閉装置を閉成するステップと、開閉装置が閉成された状態で、目標電圧を徐々に低下させながら電流検出器による検出電流を監視することによって、充電電力変換装置の出力電圧が電力線上の電圧と同等となるときの目標電圧である均衡電圧を決定するステップと、均衡電圧以下に目標電圧を設定するとともに、蓄電機構の充電指令に従って充電電力変換装置の動作を制御することによって蓄電機構を充電するステップとを備える。

このように構成すると、予め充電前昇圧動作を行なうことによって、開閉装置の閉成時に外部電源からの突入電流が生じることを確実に防止するとともに、過電流を発生させることなく安定的に充電動作を開始できる。さらに、電力線の電圧を充電前昇圧動作時から徐々に低下させて、外部電源の出力電圧の過大な昇圧が不要となる電圧レベルとした状態で充電動作を実行できる。この結果、外部電源の出力電圧を正確に検知できなくても、充電時の効率を低下させずに過大電流の発生を確実に防止可能な充電制御を実現することが可能となる。

好ましくは、充電制御システムは、給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、制御装置は、均衡電圧と電圧検出器による検出電圧のピーク値との電圧比に基づいて、検出電圧の修正ゲインを演算するゲイン設定部をさらに含む。あるいは、制御方法は、均衡電圧と電圧検出器による検出電圧のピーク値との電圧比に基づいて、検出電圧の修正ゲインを演算するステップをさらに備える。

さらに好ましくは、充電制御部は、電流検出器による検出電流と、修正ゲインに従って修正された検出電圧とに基づくフィードバック制御に従って、充電電力変換装置の動作を制御する。あるいは、上記充電するステップは、電流検出器による検出電流と、修正ゲインに従って修正された検出電圧とに基づくフィードバック制御に従って、充電電力変換装置の動作を制御する。

また好ましくは、制御装置は、異常検出部をさらに含む。異常検出部は、電圧比が１．０より大きい第１の所定値より高いとき、または、電圧比が１．０より小さい第２の所定値より低いときには、充電制御システムの異常を検知して、外部充電動作を中止する。あるいは、制御方法は、電圧比が１．０より大きい第１の所定値より高いとき、または、電圧比が１．０より小さい第２の所定値より低いときには、充電制御システムの異常を検知して、外部充電動作を中止するステップをさらに備える。

このように構成すると、充電電力変換装置が外部電源からの交流電圧を変換して出力する直流電圧と均衡する、電源線上の電圧レベルに相当する均衡電圧を求める際に、外部電源の出力電圧を測定する電圧検出器の測定精度を評価できる。特に、外部電源電圧のピーク値の検出電圧と、均衡電圧との電圧比に基づいて、電圧検出器の検出値を修正したフィードバック制御を行なうことにより、充電制御の精度を向上できる。あるいは、当該電圧比に基づいて、電圧検出器の誤差が過大であることを検知して、充電動作を中止することによりトラブルを未然に防止することが可能となる。

あるいは好ましくは、充電制御システムは、給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、電圧均衡条件決定部は、目標電圧を徐々に低下させる際の１回あたりの電圧低下量を、目標電圧と電圧検出器による検出電圧のピーク値との差に応じて可変に設定する。もしくは、上記決定するステップは、目標電圧を徐々に低下させる際の１回あたりの電圧低下量を、目標電圧と電圧検出器による検出電圧のピーク値との差に応じて可変に設定する。

このように構成すると、充電前昇圧動作時によって昇圧された電圧レベルから、電力線の電圧を均衡電圧まで低下させる動作を速やかに終了させることができる。これにより、速やかに充電動作を開始できる。

また好ましくは、充電制御システムは、給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、充電電力変換装置は、複数の電力用半導体スイッチング素子により構成されたインバータを含む。そして、電圧均衡条件決定部による均衡電圧の探索時または、上記決定するステップによる均衡電圧の探索時には、複数の電力用半導体スイッチング素子を所定のスイッチングパターンに従ってオンオフさせる一方で、充電制御による充電動作時には、電流検出器および電圧検出器による検出値に基づくフィードバック制御に従って複数の電力用半導体スイッチング素子のオンオフを制御する。

このような構成とすることにより、充電前昇圧動作時における、充電電力変換装置の通過電流を抑制して、電流損失の発生を防止できる。

好ましくは、電動車両は、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の交流回転電機と、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の交流回転電機と、第１および第２のインバータと、第１および第２のインバータの電力用半導体スイッチング素子のオンオフを制御するインバータ制御装置とをさらに備える。第１のインバータは、第１の多相巻線に接続され、第１の交流回転電機と電力線との間で電力変換を行なう。第２のインバータは、第２の多相巻線に接続され、第２の交流回転電機と電力線との間で電力変換を行なう。第１および第２の交流回転電機の少なくとも一方は、電動車両の走行駆動力の発生に用いられる。そして、給電線は、外部充電モード時には、コネクタおよび充電ケーブルを介して、第１の多相巻線の第１の中性点および第２の多相巻線の第２の中性点と、外部電源との間を電気的に接続するように配設される。さらに、インバータ制御装置は、外部充電モード時には、第１および第２のインバータならびに第１および第２の多相巻線のインダンタンスが充電電力変換装置として動作させるべく、給電線を経由して第１および第２の中性点へ供給された外部電源からの交流電圧を、直流電圧に変換して電力線に出力するように、第１および第２のインバータの各々を制御する。

このような構成とすることにより、走行駆動力発生に用いられる第１および第２の交流回転電機および第１および第２のインバータを用いて、新たな機器を設けることなく、外部電源からの供給電力を蓄電機構の充電電力に変換することが可能な車両構成において、
外部電源の出力電圧を電圧検出器によって正確に検知できなくても、充電時の効率を低下させることなく過大電流の発生を確実に防止することが可能となる。

この発明による蓄電機構の充電制御システムおよびその制御方法によれば、外部電源により充電可能な蓄電機構を搭載した車両において、外部電源の出力電圧を正確に検知できなくても、充電時の効率を低下させずに過大電流の発生を確実に防止可能な充電制御を実現することができる。

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。なお以下では、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的に繰返さないものとする。

（全体構成）
図１は、プラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。

図１を参照して、本実施の形態に係る蓄電機構の充電システムを搭載したプラグインハイブリッド車について説明する。この車両は、エンジン１００と、第１ＭＧ（Motor Generator）１１０と、第２ＭＧ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、「蓄電機構」の代表例として示されるバッテリ１５０とを備える。

この車両は、エンジン１００および第２ＭＧ１２０のうちの少なくとも一方からの駆動力により走行する。なお、図１では、プラグインハイブリッド車を例示するが、その他、モータからの駆動力のみで走行する電気自動車もしくは燃料電池車により構成されたプラグイン車に搭載される蓄電機構の充電システムに対しても、本願発明を適用可能である点について確認的に記載する。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１ＭＧ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１ＭＧ１１０は、代表的には三相交流回転電機である。第１ＭＧ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１ＭＧ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０のＳＯＣ（State Of Charge）の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１ＭＧ１１０により発電された電力はそのまま第２ＭＧ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１ＭＧ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１ＭＧ１１０が発電機として作用している場合、第１ＭＧ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１ＭＧ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１ＭＧ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２ＭＧ１２０についても同様である。

第２ＭＧ１２０は、代表的には三相交流回転電機である。第２ＭＧ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１ＭＧ１１０により発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動する。

第２ＭＧ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２ＭＧ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２ＭＧ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

プラグインハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２ＭＧ１２０が駆動され、第２ＭＧ１２０が発電機として作動する。これにより第２ＭＧ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２ＭＧ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１ＭＧ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２ＭＧ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転数は、図２に示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

図１に戻って、バッテリ１５０は、複数の二次電池セルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の他、車両の外部電源から供給される電力が充電される。

エンジン１００、第１ＭＧ１１０、第２ＭＧ１２０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。なお、ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

（電気システムの構成）
次に、図３および図４を用いて、本実施の形態に係る蓄電機構の充電システムを含む、プラグインハイブリッド車の電気システムの構成を説明する。

図３を参照して、プラグインハイブリッド車には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０と、補機バッテリ２４０と、ＳＭＲ（System Main Relay）２５０と、ＤＦＲ（Dead Front Relay）２６０と、コネクタ２７０と、ＬＣフィルタ２８０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、電力線１９０，１９５間に直列接続された２個の電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）と、各スイッチング素子に対応して設けられた逆並列ダイオードと、リアクトルとを含む。電力用半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタ等を適宜採用することができる。リアクトルは、バッテリ１５０の正極側に一端が接続され、２つのスイッチング素子の接続点に他端が接続される。

各スイッチング素子のオンオフは、電力線１９０，１９５間の直流電圧（システム電圧とも称する）ＶＨが目標電圧ＶＲに一致するように、ＥＣＵ１７０により制御される。すなわち、コンバータ２００は、電力線１９０，１９５とバッテリ１５０との間で双方向に電力変換可能に構成されて、電力線１９０，１９５間のシステム電圧ＶＨを目標電圧ＶＲに制御する。

バッテリ１５０から放電された電力を第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧されて、電力線１９０，１９５間に出力される。逆に、第１ＭＧ１１０もしくは第２ＭＧ１２０により発電された電力をバッテリ１５０を充電する際、電力線１９０，１９５間の電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０との間を接続する電力線１９０，１９５間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、一般的な三相インバータで構成され、電力線１９０，１９５間に並列接続された、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、各々、直列に接続された２個のスイッチング素子（上アーム素子および下アーム素子）を有する。各スイッチング素子には、逆並列ダイオードが接続される。

第１ＭＧ１１０は、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１１２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第１インバータ２１０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、発電トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第１ＭＧ１１０が動作するように、第１ＭＧ１１０の各相コイルの電流または電圧を制御する。第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ１１０に供給する電力変換動作と、第１ＭＧ１１０により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

第２インバータ２２０は、第１インバータ２１０と同様に、一般的な三相インバータで構成される。第２ＭＧ１２０は、第１ＭＧ１１０と同様に、星型結線されたＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを固定子巻線として有する。各相コイルの一端は、中性点１２２で互いに接続される。各相コイルの他端は、第２インバータ２２０の各相アームのスイッチング素子の接続点とそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、車両走行時には、車両走行に要求される出力（車両駆動トルク、回生制動トルク等）を発生するために設定される動作指令値（代表的にはトルク指令値）に従って第２ＭＧ１２０が動作するように、第２ＭＧ１２０の各相コイルの電流または電圧を制御する。第２インバータ２２０についても、バッテリ１５０から供給される直流電力を交流電力に変換して第２ＭＧ１２０に供給する電力変換動作と、第２ＭＧ１２０により発電された交流電力を直流電力に変換する電力変換動作との双方向の電力変換を実行可能である。

また、後程詳細に説明するように、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、外部電源によってバッテリ１５０を充電する外部充電モード時には、中性点１１２，１２２間の交流電圧を直流電圧に変換するように制御される。すなわち、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０のリアクトル成分（各相コイル巻線のインダクタンス）と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０とによって、外部電源４０２からの交流電圧を直流電圧に変換して、電力線１９０，１９５間へ出力する「充電電力変換装置」が構成される。

この際に、図３および図４に示した電気システム中の充電経路に含まれる各要素およびこれらの動作を制御するＥＣＵ１７０によって、本実施の形態による蓄電機構の充電システムが構成される。

なお、各インバータ２１０，２２０において、Ｕ相コイルとＵ相アームの組、Ｖ相コイルとＶ相アームの組およびＷ相コイルとＷ相アームの組は、それぞれコンバータ２００と同様の構成を有する。したがって、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０によって、中性点１１２，１２２の電圧を昇圧して、コンバータ２００側へ出力する電圧変換も可能であることが理解される。たとえば、車両外部の電源から供給された電力をバッテリ１５０に充電する際、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、電圧を昇圧する。たとえば、１００ＶＡＣを昇圧して２００Ｖ程度の直流電圧に変換することができる。

ＳＭＲ（System Main Relay）２５０は、バッテリ１５０とコンバータ２００およびＤＣ／ＤＣコンバータ２３０との間に設けられる。ＳＭＲ２５０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。ＳＭＲ２５０が開放されると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。一方、ＳＭＲ２５０が閉成されると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。ＳＭＲ２５０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、プラグインハイブリッド車のシステム起動を指示するパワーオンスイッチ（図示せず）のオン操作に応答して、ＳＭＲ２５０が閉成される一方で、パワーオンスイッチのオフ操作に応答して、ＳＭＲ２５０は開放される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０に対して、コンバータ２００と並列に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０は、バッテリ１５０が出力した直流電圧を降圧する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３０の出力電圧は、補機バッテリ２４０に充電される。補機バッテリ２４０に充電された電力は、電動オイルポンプ等の補機２４２およびＥＣＵ１７０に供給される。

次に、外部充電のための構成について説明する。
ＤＦＲ（Dead Front Relay）２６０は、第１ＭＧ１１０の中性点１１２および第２ＭＧ１２０の中性点１２２と、外部電源（図４）との間を電気的に接続する給電線２９０，２９５に介挿接続される。すなわち、ＤＦＲ２６０は、プラグインハイブリッド車の電気システムと外部電源との間の接続／遮断を切換えるリレー（開閉装置）である。ＤＦＲ２５０が開放されると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部電源から遮断される。一方、ＤＦＲ２５０が閉成されると、プラグインハイブリッド車の電気システムが外部電源と接続される。

コネクタ２７０は、たとえばプラグインハイブリッド車の側部に設けられる。後述するように、コネクタ２７０には、プラグインハイブリッド車と外部電源とを連結する充電ケーブルのコネクタが接続される。ＬＣフィルタ２８０は、ＤＦＲ２６０とコネクタ２７０との間に設けられる。

図４を用いて、外部充電のための構成について、さらに詳細に説明する。
図４を参照して、プラグインハイブリッド車と外部電源とを連結する充電ケーブル３００は、コネクタ３１０と、プラグ３２０と、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）３３０とを含む。充電ケーブル３００は、非特許文献１および２に制定された規格におけるＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）に相当する。

充電ケーブル３００のコネクタ３１０は、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続される。コネクタ３１０には、スイッチ３１２が設けられる。充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態でスイッチ３１２が閉じると、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、プラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態であることを表わすコネクタ信号ＣＮＣＴがＥＣＵ１７０に入力される。

スイッチ３１２は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０をプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に係止する係止金具（図示せず）に連動して開閉する。係止金具（図示せず）は、コネクタ３１０に設けられたボタン（図示せず）を操作者が押すことにより揺動する。

たとえば、充電ケーブル３００のコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続した状態で、操作者がボタンから指を離した場合、係止金具がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に係合するとともに、スイッチ３１２が閉じる。操作者がボタンを押すと、係止金具とコネクタ２７０との係合が解除されるとともに、スイッチ３１２が開く。なお、スイッチ３１２を開閉する方法はこれに限らない。

充電ケーブル３００のプラグ３２０は、家屋に設けられたコンセント４００に接続される。コンセント４００には、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２から交流電力が供給される。

ＣＣＩＤ３３０は、リレー３３２およびコントロールパイロット回路３３４を有する。リレー３３２が開いた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給する経路が遮断される。リレー３３２が閉じた状態では、プラグインハイブリッド車の外部電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給可能になる。リレー３３２の状態は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に接続された状態でＥＣＵ１７０により制御される。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００、すなわち外部電源４０２に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０に接続された状態において、コントロールパイロット線にパイロット信号（方形波信号）ＣＰＬＴを送る。

パイロット信号は、コントロールパイロット回路３３４内に設けられた発振器から発振される。パイロット信号は、発振器の動作が遅れる分だけ遅れて出力されたり停止されたりする。

コントロールパイロット回路３３４は、充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続されると、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０から外されていても、一定のパイロット信号ＣＰＬＴを出力し得る。ただし、コネクタ３１０がプラグインハイブリッド車に設けられたコネクタ２７０から外された状態で出力されたパイロット信号ＣＰＬＴを、ＥＣＵ１７０は検出できない。

充電ケーブル３００のプラグ３２０がコンセント４００に接続され、かつコネクタ３１０がプラグインハイブリッド車のコネクタ２７０に接続されると、コントロールパイロット回路３３４は、予め定められたパルス幅（デューティサイクル）のパイロット信号ＣＰＬＴを発振する。

パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅により、供給可能な電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。たとえば、充電ケーブル３００の電流容量がプラグインハイブリッド車に通知される。パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、外部電源４０２の電圧および電流に依存せずに一定である。

一方、用いられる充電ケーブルの種類が異なれば、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は異なり得る。すなわち、パイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅は、充電ケーブルの種類毎に定められ得る。

本実施の形態においては、外部充電モードにおいて、充電ケーブル３００によりプラグインハイブリッド車と外部電源４０２とが連結された状態にて、外部電源４０２から供給された電力によってバッテリ１５０に充電される。

充電ケーブル３００およびコネクタ２７０によって外部電源４０２と電気的に接続される給電線２９０，２９５には、外部電源４０２の出力電圧（交流電圧）を検出するための電圧センサ１７１が設けられる。なお、電圧センサ１７１については、バックアップのために複数個並列に配置してもよい。

電圧センサ１７１により検出された、給電線２９０および２９５間の電圧Ｖａｃは、ＥＣＵ１７０へ送出される。また、給電線２９０，２９５の少なくとも一方には、電流センサ１７３が設けられ、検出された電流Ｉａｃは、ＥＣＵ１７０へ送出される。

（外部充電モード時の制御）
図５は、本発明の実施の形態による蓄電機構の充電システムの外部充電モード時における動作手順の概要を説明するフローチャートである。

図５を参照して、ＥＣＵ１７０は、外部充電モード時には、まずステップＳ１００により、システム起動確認を行なう。ステップＳ１００では、パイロット信号ＣＰＬＴ、コネクタ信号ＣＮＣＴや、パワーオン信号に基づいて、外部電源による充電動作を開始する準備が整っているかどうかが判断される。ステップＳ１００がＮＯ判定の間は、以降の処理は実行されず、充電動作が先に進むことはない。

ＥＣＵ１７０は、システム起動が確認されると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１１０により、ＤＦＲ２６０を開状態とした上で、ＳＭＲ２５０を閉成する。そして、ＤＦＲ２６０の開放により、外部電源４０２からの電力供給を遮断した状態で、ステップＳ１２０により充電前昇圧動作を行なう。さらに、ＥＣＵ１７０は、充電前昇圧動作が完了すると、ステップＳ１３０により、ＤＦＲ２６０を閉成する。これにより、外部電源４０２と、中性点１１２，１２２が電気的に接続されて、外部電源４０２からの供給電力が、プラグインハイブリッド車の電気システム内へ導かれる。

続いて、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ１４０により、電圧均衡条件探索動作を実行し、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０によって外部電源電圧が変換された直流電圧と均衡する、電力線１９５上の直流電圧ＶＨを求める。以下、このときの直流電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊とも称する。

ＥＣＵ１７０は、均衡電圧ＶＨ＊が決定されると、ステップＳ１５０により、直流電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊よりも低下させた状態として、充電動作を開始し、バッテリ１５０が所望レベルまで充電されるまでの間、充電動作を実行する。

次に図６を用いて図５の各動作における、電圧電流挙動についてについて説明する。
図６を参照して、時刻ｔ１までの期間Ｔ１においては、ステップＳ１２０（図５）での充電前昇圧動作が実行される。すなわち、ＤＦＲ２６０が開放されているため、電流Ｉａｃ＝０の状態のままで、コンバータ２００の目標電圧ＶＲを上昇させることによって、直流電圧ＶＨが上昇される。充電前昇圧動作における直流電圧ＶＨの目標値ＶＨｍａｘ（上限電圧）は、外部電源４０２の出力電圧である外部電源電圧ＶＡＣ＝Ｖａ・ｓｉｎωｔとすると、たとえば下記（１）式で示される。

ＶＨｍａｘ＝Ｖａ・√２＋Ｖｈ …（１）
式（１）中で、電圧Ｖｈは電圧センサ１８０の最大誤差に対応した電圧である。また、電圧Ｖａ・√２は、インバータ１１０，１２０の逆並列ダイオードによる整流動作によって出力される直流電圧の最高値である。なお、電圧Ｖａは、各国での商用交流電源の定格電圧の相違等を考慮して、外部電源４０２の想定され得る最大電圧（実効値）に対応して定めることが好ましい。

この結果、ＶＨ＝ＶＨｍａｘとすることによって、ＤＦＲ２６０の閉成に応答して、外部電源４０２の出力電圧とシステム電圧ＶＨとの電圧差によって、過大な突入電流が電気システム内部に発生することを確実に防止できる。

ＶＨ＝ＶＨｍａｘに設定されると、時刻ｔ１において、ステップＳ１３０（図５）に対応してＤＦＲ２６０が閉成されて、ステップＳ１４０（図５）に示した電圧均衡条件探索動作が、時刻ｔ１〜ｔ２の期間Ｔ２において実行される。

期間Ｔ２では、コンバータ２００の目標電圧ＶＲが上限電圧ＶＨｍａｘより徐々に低下されて、システム電圧ＶＨがこれに従って低下する。時刻ｔ１では、システム電圧ＶＨ（ＶＨ＝ＶＨｍａｘ）が、インバータ１１０，１２０の出力電圧よりも高いため、給電線２９０上の電流Ｉａｃは、外部電源４０２へ流入する方向に流れる。すなわち、電流Ｉａｃのピーク値は、マイナス値である。そして、システム電圧ＶＨが低下するに従って、電流Ｉａｃのピーク値が上昇していき、外部電源４０２へ流入する方向の電流Ｉａｃは徐々に減少する。

さらに、時刻ｔ２では、システム電圧ＶＨと、インバータ１１０，１２０の出力電圧とが釣り合った状態となる。たとえば、電流Ｉａｃのピーク値が、マイナス値から零に変化したときに、上記のような釣り合った状態であることを検知できる。このときのシステム電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊として決定することにより、電圧均衡条件探索動作は終了される。

時刻ｔ２において電圧均衡条件探索動作が終了されると、時刻ｔ２〜ｔ３の期間Ｔ３では、充電動作の準備のために、システム電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊からさらに低下させるようにコンバータ２００が制御される。そして、時刻ｔ３以降の期間Ｔ４では、システム電圧ＶＨ＜ＶＨ＊とした状態で、外部電源電圧を直流電圧に変換して電力線１９０に出力し、かつ電力線１９０上の直流電圧をコンバータ２００によってバッテリ１５０の充電電圧に変換する電圧変換動作が行なわれて、バッテリ１５０が充電される。

インバータ１１０，１２０のスイッチング素子のデューティは、充電動作が実行される期間Ｔ４では、後述のように、指令値に従った電力が外部電源４０２から供給されるようにフィードバック制御される。

一方、電圧均衡条件探索動作時（期間Ｔ２）においては、電流Ｉａｃは、電流センサ１９３によって電流方向の反転を検知可能なレベルであればよい。したがって、上記デューティは、フィードバック制御されることなく、上記のような検知に必要な最低レベルの電流を流すのに必要とされる値に固定される。基本的に、この際には、インバータ２１０，２２０での昇圧動作は実行されておらず、このときの均衡電圧ＶＨ＊は、外部電源電圧の振幅値（ピーク値）Ｖａｃｐに対応することとなる。

図７は、図５および図６で説明した外部充電モードを実行するための外部充電制御部の制御構成を説明する機能ブロック図である。図７に示す各ブロックの機能は、ＥＣＵ１７０のハードウェアあるいはソフトウェア処理によって実現可能である。

図７を参照して、外部充電制御部１０００は、充電前昇圧部１０１０と、リレー制御部１０２０と、電圧均衡条件探索部１０３０と、充電制御部１０４０と、修正ゲイン設定部１０５０と、異常検出部１０６０とを含む。

充電前昇圧部１０１０は、外部充電モードであることを示すモード信号ＭＤに基づいて、図６での期間Ｔ１における充電前昇圧動作を実行する。たとえば、モード信号ＭＤは、図５におけるステップＳ１００がＹＥＳ判定となることに応じてオンされる。

充電前昇圧部１０１０は、充電前昇圧動作時に、コンバータ２００の目標電圧ＶＲを上限電圧ＶＨｍａｘに設定する。なお、目標電圧ＶＲを上限電圧ＶＨｍａｘに設定する際には、システム電圧ＶＨの現在値に基づいて、目標電圧ＶＲを徐々に上昇させることとしてもよい。

そして、充電前昇圧部１０１０は、電圧センサ１８０によって検出される直流電圧ＶＨが、上限電圧ＶＨｍａｘに達すると、充電前昇圧動作が完了したことを知らせるためのフラグＦＬ１をオンする。

リレー制御部１０２０は、モード信号ＭＤがオンされると、ＤＦＲ２６０を開放するように制御信号ＳＤＦＲを生成する。そして、充電前昇圧部１０１０によって、充電前昇圧動作が完了したことを示すフラグＦＬ１がオンされると、ＤＦＲ２６０を閉成するように制御信号ＳＤＦＲを生成する。そして、充電前昇圧動作の完了に応答して、ＤＦＲ２６０が閉状態とされたことを知らせるためのフラグＦＬ２をオンする。

なお、図４に示した構成では、ＤＦＲ２６０を閉成する際には、ＤＦＲ２６０の自己診断を行なうために、ＣＣＩＤリレー３３２を開放した状態でＤＦＲ２６０を閉成し、その後ＣＣＩＤリレー３３２を閉成する必要がある。さらに、充電動作の開始に際して過電流の発生を防止するために、外部電源電圧を電圧センサ１７１によって検出することが必要である場合には、ＤＦＲ２６０を閉成する前に、ＣＣＩＤリレー３３２を閉成して、給電線２９０，２９５および外部電源４０２の間を電気的に接続する必要がある。すなわち、本実施の形態のように、充電前昇圧動作および電圧均衡条件探索動作の実行によって、電圧センサ１７１によって外部電源電圧を測定しなくても、安定的に充電動作を開始できる構成とすれば、１回の外部充電モードあたり、ＣＣＩＤリレー３３２の開閉回数を１回ずつ削減できるので、その耐久性能を向上できる。

電圧均衡条件探索部１０３０は、リレー制御部１０２０によってフラグＦＬ２がオンされると、インバータ２１０，２２０のデューティを、図６で説明した固定デューティに設定するように、すなわち各スイッチング素子のオン・オフタイミングが固定されるようなスイッチング制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。さらに、電圧均衡条件探索部１０３０は、インバータ２１０，２２０を固定デューティに制御した状態で、コンバータ２００の目標電圧ＶＲを、充電前昇圧動作時のＶＨｍａｘから徐々に低下させる。

さらに、電圧均衡条件探索部１０３０は、目標電圧ＶＲがΔＶＲ低下されるたびに、電流センサ１９３によって検出される電流Ｉａｃに基づいて、給電線２９０上の電流方向が、電圧均衡条件探索動作の開始時の方向（外部電源４０２から給電線２９０，２９５へ流入する方向）から変化したかどうかを判定する。

そして、システム電圧ＶＨと、インバータ１１０，１２０の出力電圧とが釣り合って、電流Ｉａｃ≒０となったときの直流電圧ＶＨを、均衡電圧ＶＨ＊として記憶する。均衡電圧ＶＨ＊は、このときの目標電圧ＶＲとしてもよく、電圧センサ１８０による検出電圧ＶＨに基づいて決めてもよい。そして、電圧均衡条件探索部１０３０は、均衡電圧ＶＨ＊の決定が完了したことを知らせるためのフラグＦＬ３をオンしてもよい。

修正ゲイン設定部１０５０は、フラグＦＬ３がオンされると、均衡電圧ＶＨ＊と、そのときの電圧Ｖａｃのピーク値（すなわち外部電源電圧のピーク値）との電圧比を求め、この電圧比に基づいて、電圧修正ゲインｋｖを決定する。上述のように、電圧比Ｖａｃｐ／ＶＨ＊に基づく修正ゲインｋｖは、電圧センサ１７１の測定誤差に対応した値となる。すなわち、電圧修正ゲインｋｖは、電圧センサ１７１に誤差がないときには、ｋｖ＝１．０である。

このため、異常検出部１０６０は、電圧修正ゲインｋｖが、ｋｖ＞＞１．０あるいはｋｖ＜＜１．０であるときには、電圧センサ１７１に異常が発生していることを検出する。そして、電圧センサ１７１に異常が検出しているとして、充電動作を禁止するための充電中止フラグＳＴＰをオンする。

充電制御部１０４０は、電圧均衡条件探索部１０３０によりフラグＦＬ３がオンされると、外部電源４０２からの供給電力によってバッテリ１５０が充電されるように、コンバータ２００およびインバータ２１０，２２０を制御する。ただし、異常検出部１０６０によって、充電中止フラグＳＴＰがオンされると、充電制御部１０４０は、フラグＦＬ３がオンされても、充電動作を開始しないように構成される。

充電制御部１０４０は、フラグＦＬ３がオンされると、図６の期間Ｔ３における動作を実現するために、システム電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊よりも低くするように、コンバータ２００の目標電圧ＶＲを低下させる。そして、このようなシステム電圧ＶＨの下で、電圧センサ１７１により検出される電圧Ｖａｃおよび電流センサ１７３によって検出される電流Ｉａｃに基づくフィードバック制御により、バッテリ１５０が充電指令ＰＷＲに従って充電されるように、インバータ２１０，２２０のデューティを制御すべく、スイッチング制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。

次に、図８を用いて、図５に示した電圧均衡条件探索を実行するためのステップＳ１４０の詳細を説明する。図８に示したフローチャートは、図７に示した電圧均衡条件探索部１０３０、修正ゲイン設定部１０５０および異常検出部１０６０の機能を実現するための処理に対応する。

図８を参照して、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２００では、システム電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｍａｘに達しているかどうかを判定する。ステップＳ１２０（図５）での充電前昇圧動作が正常に実行されていれば、ステップＳ２００はＹＥＳ判定とされる。一方、システム電圧ＶＨが上限電圧ＶＨｍａｘよりも低下している場合には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２０５により、システム電圧ＶＨを上限電圧ＶＨｍａｘへ昇圧させるように目標電圧ＶＲを設定し、その後再びステップＳ２００の判定を実行する。

ＥＣＵ１７０は、ＶＨ≧ＶＨｍａｘが確認されると（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２１０により、電流センサ１７３によって検出される電流Ｉａｃのピーク値をチェックすることによって、電流センサ１７３の異常有無を確認する。たとえば、このときのＩａｃのピーク値が所定以上であれば（Ｓ２１０のＮＧ判定時）、ＥＣＵ１７０は、電流センサ１９３に異常が発生していると判断して、ステップＳ２９０に処理を進める。電流センサ１７３の異常時には、充電指令に従った外部充電動作を正常に制御することが困難であるため、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２９０では、システム異常を検出して、外部充電動作を非常停止させる。

一方、電流Ｉａｃが正常である場合（ステップＳ２１０のＯＫ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２２０により、現在のシステム電圧ＶＨと、電圧センサ１７１による検出電圧Ｖａｃのピーク値Ｖａｃｐとの電圧比（Ｖａｃｐ／ＶＨ）に基づいて、電圧修正ゲインｋｖを算出する。一例として、ここではｋｖ＝Ｖａｃｐ／ＶＨとする。

さらに、ＥＣＵ１７０は、処理をステップＳ２３０に進めて、電流Ｉａｃのピーク値が０以上であるかどうかを判定して、給電線２９０上での電流方向が、電圧均衡条件探索動作の開始時の方向（外部電源４０２から給電線２９０，２９５へ流入する方向）から変化したかどうかを判定する。

電流Ｉａｃのピーク値＜０のとき（Ｓ２３０のＮＯ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、システム電圧ＶＨが、インバータ１１０，１２０が外部電源電圧（交流）を変換した直流電圧よりも高いため、コンバータ２００の目標電圧ＶＲを低下させることによって、システム電圧ＶＨを低下させる（ステップＳ２４０）。具体的には、目標電圧ＶＲを、前回値からΔＶＲ低下させて、ＶＲ−ΔＶＲに更新する。

ここで、１回当たりの目標電圧ＶＲの低下量ΔＶＲについては、図９に示すように、このときの、直流電圧ＶＨ（または目標電圧ＶＲ）と、検出電圧Ｖａｃのピーク値Ｖａｃｐとの電圧差に基づいて可変に設定することも可能である。

図９に示されるように、電圧差ＶＨ−Ｖａｃｐ（またはＶＲ−Ｖａｃｐ）が大きい場合には、システム電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊へ低下させるまでに必要な電圧低下量が大きいため、目標電圧ΔＶＲを相対的に大きく設定して、システム電圧ＶＨを速やかに均衡電圧ＶＨ＊に近づけるようにする。一方、上記電圧差が小さい場合には、目標電圧ΔＶＲを相対的に小さく設定することによって、均衡電圧ＶＨ＊をより正確に設定することが可能となる。

再び図８を参照して、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２４０により、目標電圧ＶＲをΔＶＲ低下させた後、ステップＳ２５０により、目標電圧ＶＲが下限値に達しているかどうかを判定する。Ｓ２５０での下限値は、たとえば、外部電源４０２の出力電圧振幅の想定され得る最小電圧に対応して設定される。

一方、ＥＣＵ１７０は、システム電圧ＶＨがインバータ１１０，１２０の出力電圧と釣り合う状態まで低下されたことにより、電流Ｉａｃのピーク値≧０に変化した場合（Ｓ２３０のＹＥＳ判定時）には、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２６０へ処理を進める。

これに対して、電流Ｉａｃのピーク値が反転するまで（ステップＳ２３０のＮＯ判定時）の間は、ステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理が繰返し実行されて、電流Ｉａｃが反転するまで、すなわち、システム電圧ＶＨがインバータ１１０，１２０の出力電圧と釣り合う状態となるまで、システム電圧ＶＨが徐々に低下される。

ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２６０では、目標電圧ＶＲまたは、電圧センサ１８０による検出電圧（システム電圧ＶＨ）を均衡電圧ＶＨ＊に設定する。さらに、このときの電圧比Ｖａｃｐ／ＶＨに基づいて電圧修正ゲインｋｖを決定する。

さらに、ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２７０では、ステップＳ２６０で決定された電圧修正ゲインｋｖ（本来ｋｖ＝１．０）が、ｋｖ＞＞１．０またはｋｖ＜＜１．０となっているか否かを判定する。たとえば、ステップＳ２７０では、ｋｖ＞１．０＋α（α：判定値）であるとき（ｋｖ＞＞１．０）または、ｋｖ＜１．０−β（β：判定値）であるとき（ｋｖ＜＜１．０）には、電圧センサ１７１が異常であると判定する。ＥＣＵ１７０は、ステップＳ２７０がＹＥＳ判定とされると、ステップＳ２９０により、システム異常を検出し、外部充電動作を非常停止する。すなわち、図６の期間Ｔ４のような充電動作は実行されない。

一方、ＥＣＵ１７０は、電圧修正ゲインｋｖ（電圧比）が正常範囲内であるとき（Ｓ２７０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２８０により、充電動作許可フラグをオンする。この充電動作許可フラグは、図７に示したフラグＦＬ３に相当する。

次に、図１０〜図１３を用いて、図５のステップＳ１５０での充電動作、すなわち図７に示した充電制御部１０４０による外部充電制御について説明する。

図１０を参照して、充電制御部１０４０は、Ｖａｃ修正部１０８０と、充電指令生成部１０９０と、インバータ制御部１１００とを有する。インバータ制御部１１００は、外部充電モードにおける、インバータ２１０，２２０のスイッチング制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する機能ブロックである。

Ｖａｃ修正部１０８０は、電圧センサ１７１によって検出された電圧Ｖａｃと、修正ゲイン設定部１０５０によって設定された電圧修正ゲインｋｖに基づいて、外部充電モードでの充電制御に用いられる電圧Ｖａｃ♯を算出する。

図１１に示すように、充電制御に用いられる電圧Ｖａｃ♯は、電圧センサ１７１による測定値Ｖａｃに電圧修正ゲインｋｖを乗じて算出される。これにより、電圧センサ１７１に誤差が発生しても、この誤差を修正して外部充電モードにおける充電動作を制御することができる。

再び図１０を参照して、充電指令生成部１０９０は、バッテリ１５０の充電指令ＰＷＲを生成する。充電指令ＰＷＲは、たとえば充電電流指令値ＲＣを含む。充電指令ＰＷＲは、基本的にはＥＶＳＥの定格電流等に基づいて定められる。あるいは、バッテリの充電状態（ＳＯＣ）や温度を反映して、バッテリ１５０の状態に合わせて充電指令ＰＷＲを可変に設定する構成としてもよい。

インバータ制御部１１００は、Ｖａｃ修正部１０８０によって求められた電圧Ｖａｃ♯および電流センサ１７３によって検出された電流Ｉａｃを用いたフィードバック制御により、充電指令ＰＷＲに従って、外部電源４０２からバッテリ１５０の充電電力が供給されるように、インバータ２１０，２２０のスイッチング制御信号ＳＩＶ１，ＳＩＶ２を生成する。

次に、図１２および図１３を用いて、インバータ制御部１１００による、インバータ制御の具体例について説明する。

図１２は、外部充電モード時のインバータ制御を説明する機能ブロック図である。
図１２を参照して、外部充電制御部６００は、位相検出部６１０と、正弦波生成部６２０と、乗算部６３０と、減算部６４０と、電流制御部６５０とを含む。

位相検出部６１０は、電圧Ｖａｃの零クロス点を検出し、その検出した零クロス点に基づいて電圧Ｖａｃの位相を検出する。正弦波生成部６２０は、位相検出部６１０によって検出された電圧Ｖａｃの位相に基づいて、電圧Ｖａｃと同相の正弦波を生成する。正弦波生成部６２０は、たとえば、正弦波関数のテーブルを用いて、位相検出部６１０からの位相情報に基づいて電圧Ｖａｃと同相の正弦波を生成することができる。

乗算部６３０は、充電電流指令値ＲＣに正弦波生成部６２０からの正弦波を乗算し、その演算結果を電流指令値として出力する。減算部６４０は、乗算部６３０から出力される電流指令から、電流センサ１７３により検出された電流Ｉａｃを減算し、その演算結果を電流制御部６５０へ出力する。

電流制御部６５０は、外部充電モードであることを示すモード信号ＭＤがオンされているとき、乗算部６３０が出力した電流指令と、電流センサ１７３により検出された電流Ｉａｃとの偏差に基づいて、電流Ｉａｃを電流指令に追従させるための零相電圧指令Ｅ０を生成する。この零相電圧指令Ｅ０は、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０の少なくとも一方の各相電圧指令に一律に加算される電圧であって、この零相電圧指令Ｅ０自体は、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０の回転トルクに寄与しないものである。

図１３は、図３に示した第１および第２インバータ２１０，２２０および第１および第２ＭＧ１１０，１２０の零相等価回路を示した図である。第１および第２インバータ２１０，２２０の各々は、図３に示したように三相ブリッジ回路から成り、各インバータにおける６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。

外部電源４０２によるバッテリ１５０の充電時、第１および第２インバータ２１０，２２０の少なくとも一方において、外部充電制御部６００（図１２）によって生成される零相電圧指令Ｅ０に基づいて零電圧ベクトルが制御される。したがって、この図１３では、第１インバータ２１０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２１０Ａとして包括的に記載され、第１インバータ２１０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２１０Ｂとして包括的に記載される。同様に、第２インバータ２２０の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム２２０Ａとして包括的に記載され、第２インバータ２２０の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム２２０Ｂとして包括的に記載される。

そして、図１３に示されるように、この零相等価回路は、外部電源４０２から第１ＭＧ１１０の中性点１１２および第２ＭＧ１２０の中性点１２２に与えられる単相交流電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、第１および第２インバータ２１０，２２０の少なくとも一方において零相電圧指令Ｅ０に基づいて零電圧ベクトルを変化させ、第１および第２インバータ２１０，２２０を単相ＰＷＭコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、外部電源４０２から供給される交流電力を、バッテリ１５０を充電するための直流電圧に変換することができる。

なお、図１２および図１３に示した外部充電モード時のインバータ制御は一例に過ぎず、本願発明の適用において、外部電源４０２からの供給電力をバッテリ１５０（蓄電機構）の充電電力に変換するインバータ制御の態様は特に限定されるものではない点について、確認的に記載する。

以上説明したように、本発明の実施の形態による蓄電機構の充電システムによれば、充電前昇圧動作によってシステム電圧ＶＨを上限電圧ＶＨｍａｘへ上昇させるので、ＤＦＲ２６０の閉成時に外部電源４０２からの突入電流が生じることを確実に防止するとともに、過電流を発生させることなく安定的に充電動作を開始できる。さらに、システム電圧ＶＨを均衡電圧ＶＨ＊以下まで低下させて、外部電源電圧の過大な昇圧が不要となる電圧レベルとした状態で充電動作を実行できる。この結果、外部電源電圧の検出に頼ることなく、充電時の効率を低下させずに過大電流の発生を確実に防止することが可能となる。

さらに、電圧均衡条件探索動作によって均衡電圧ＶＨ＊を求めることによって、電圧センサ１７１の測定精度を評価できる。特に、電圧比Ｖａｃｐ／ＶＨ＊に基づいて決定される電圧修正ゲインｋｖを反映したフィードバック制御を行なうことにより、外部充電モード時における充電制御の精度を向上できる。あるいは、当該電圧比に基づいて、電圧センサ１７１の誤差が過大であることが検知されたときには、充電動作を中止することによりトラブルを未然に防止することが可能となる。

なお、本実施の形態では、外部電源４０２を中性点１１２，１２２と接続して、第１ＭＧ１１０および第２ＭＧ１２０のリアクトル成分（各相コイル巻線のインダクタンス）と、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０とによって、外部電源４０２からの交流電力を、バッテリ１５０（蓄電機構）の充電電力に変換する構成を例示した。しかしながら、本願発明の適用はこのような構成に限定されるものではなく、給電線２９０，２９５（ただし、ＤＦＲ２６０よりも車両内部側）および電力線１９０，１９５間に、外部電源４０２からの交流電圧を直流電圧に変化する外部充電専用の電力変換器（図示せず）を別途配置した構成のプラグイン車に対しても、本願発明の適用が可能である。

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特許請求の範囲によって示され、特許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。

プラグインハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図（その１）である。 プラグインハイブリッド車の電気システムを示す図（その２）である。 本発明の実施の形態による蓄電機構の充電システムの外部充電モード時における動作手順の概要を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態による蓄電機構の充電システムの外部充電モード時における電圧電流挙動を概略的に説明するための波形図である。 図５および図６で説明した外部充電モードを実行するための外部充電制御部の制御構成を説明する機能ブロック図である。 図５に示した電圧均衡条件探索を実行するためのステップの詳細を説明するフローチャートである。 電圧均衡条件探索時における目標電圧の低下量の設定例を説明する概念図である。 図７に示した充電制御部の構成を説明するブロック図である。 電圧修正ゲインを用いた充電制御に用いる電圧の修正を説明する概念図である。 外部充電モード時のインバータ制御を説明する機能ブロック図である。 外部充電モード時における第１および第２インバータならびに第１および第２ＭＧの零相等価回路を示した図である。

符号の説明

１００ エンジン、１１０ 第１ＭＧ、１１２ 中性点（第１ＭＧ）、１２０ 第２ＭＧ、１２２ 中性点（第２ＭＧ）、１３０ 動力分割機構、１４０ 減速機、１５０ バッテリ（蓄電機構）、１６０ 前輪、１７０ ＥＣＵ、１７１ 電圧センサ（Ｖａｃ）、１７３ 電流センサ、１８０ 電圧センサ（ＶＨ）、１９０，１９５ 電力線、２００ コンバータ、２１０ インバータ（第１ＭＧ）、２２０ インバータ（第２ＭＧ）、２１０Ａ，２２０Ａ 上アーム、２１０Ｂ、２２０Ｂ 下アーム、２３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４０ 補機バッテリ、２４２ 補機、２５０ ＳＭＲ、２６０ ＤＦＲ（開閉装置）、２７０ コネクタ（車両）、２８０ ＬＣフィルタ、２９０，２９５ 給電線、３００ 充電ケーブル、３１０ コネクタ（充電ケーブル）、３１２ スイッチ、３２０ プラグ、３３２ リレー、３３４ コントロールパイロット回路、４００ コンセント、４０２ 外部電源、５１０ ＤＦＲ制御部、５２０ インバータ制御部、５３０ ＤＦＲ異常検出部、６００ 外部充電制御部、６１０ 位相検出部、６２０ 正弦波生成部、６３０ 乗算部、６４０ 減算部、６５０ 電流制御部、１０００ 外部充電制御部、１０１０ 充電前昇圧部、１０２０ リレー制御部、１０３０ 電圧均衡条件探索部、１０４０ 充電制御部、１０５０ 修正ゲイン設定部、１０６０ 異常検出部、１０８０ Ｖａｃ修正部、１０９０ 充電指令生成部、１１００ インバータ制御部、ＣＮＣＴ コネクタ信号、ＣＰＬＴ パイロット信号、Ｅ０ 零相電圧指令、ＦＬ１〜ＦＬ３ フラグ、Ｉａｃ 電流（交流）、ｋｖ 電圧修正ゲイン、ＭＤ モード信号（外部充電モード）、ＲＣ 充電電流指令値、ＰＷＲ 充電指令、ＳＤＦＲ 制御信号（ＤＦＲ）、ＳＩＶ１，ＳＩＶ２ スイッチング制御信号、ＳＴＰ 充電中止フラグ、Ｔ１ 期間（充電前昇圧動作）、Ｔ２ 期間（電圧均衡条件探索動作）、Ｔ３ 期間（充電準備動作）、Ｔ４ 期間（充電動作）、ＶＡＣ 外部電源電圧、Ｖａｃ 電圧（センサ測定値）、Ｖａｃ♯ 電圧（制御使用値）、Ｖａｃｐ ピーク値（外部電源電圧）、ＶＨ 直流電圧（システム電圧）、ＶＨ＊ 均衡電圧、ＶＨｍａｘ 上限電圧、ＶＲ 目標電圧、ΔＶＲ 目標電圧低下量。

Claims (14)

1. 電動車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムであって、
   前記蓄電機構と前記電力線との間で双方向に電力変換可能に構成された、前記電力線の電圧を目標電圧に制御するコンバータと、
   前記電動車両の外部電源によって前記蓄電機構を充電する外部充電モードにおいて、コネクタを介して前記外部電源と電気的に接続される給電線と、
   前記給電線を流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記給電線に介挿接続された開閉装置と、
   前記給電線と前記電力線の間に設けられ、前記外部電源からの交流電圧を直流電圧に変換して、前記電力線に出力するための充電電力変換装置と、
   前記外部充電モード時における前記充電制御システムの動作を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記開閉装置を開放した状態で、前記充電電力変換装置が前記交流電圧を変換して前記電力線に出力する最高電圧よりも高い所定電圧に前記目標電圧を設定する充電前昇圧部と、
   前記充電前昇圧部によって前記電力線が前記所定電圧に設定された後、前記開閉装置を閉成し、さらに、前記目標電圧を徐々に低下させながら前記電流検出器による検出電流を監視することによって、前記充電電力変換装置の出力電圧が前記電力線上の電圧と同等となるときの前記目標電圧である均衡電圧を決定する電圧均衡条件決定部と、
   前記均衡電圧以下に前記目標電圧を設定するとともに、前記蓄電機構の充電指令に従って前記充電電力変換装置の動作を制御することによって前記蓄電機構を充電する充電制御部とを備える、蓄電機構の充電制御システム。
2. 前記給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記均衡電圧と前記電圧検出器による検出電圧のピーク値との電圧比に基づいて、前記検出電圧の修正ゲインを演算するゲイン設定部をさらに含む、請求項１記載の蓄電機構の充電制御システム。
3. 前記充電制御部は、前記電流検出器による検出電流と、前記修正ゲインに従って修正された前記検出電圧とに基づくフィードバック制御に従って、前記充電電力変換装置の動作を制御する、請求項２記載の蓄電機構の充電制御システム。
4. 前記制御装置は、
   前記電圧比が１．０より大きい第１の所定値より高いとき、または、前記電圧比が１．０より小さい第２の所定値より低いときには、前記充電制御システムの異常を検知して、前記外部充電動作を中止する異常検出部をさらに含む、請求項２記載の蓄電機構の充電制御システム。
5. 前記給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
   前記電圧均衡条件決定部は、前記目標電圧を徐々に低下させる際の１回あたりの電圧低下量を、前記目標電圧と前記電圧検出器による検出電圧のピーク値との差に応じて可変に設定する、請求項１記載の蓄電機構の充電制御システム。
6. 前記給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
   前記充電電力変換装置は、複数の電力用半導体スイッチング素子により構成されたインバータを含み、
   前記制御装置は、前記電圧均衡条件決定部による前記均衡電圧の探索時には、前記複数の電力用半導体スイッチング素子を所定のスイッチングパターンに従ってオンオフさせる一方で、前記充電制御による充電動作時には、前記電流検出器および前記電圧検出器による検出値に基づくフィードバック制御に従って前記複数の電力用半導体スイッチング素子のオンオフを制御する、請求項１記載の蓄電機構の充電制御システム。
7. 前記電動車両は、
   星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の交流回転電機と、
   星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の交流回転電機と、
   前記第１の多相巻線に接続され、前記第１の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第１のインバータと、
   前記第２の多相巻線に接続され、前記第２の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第２のインバータと、
   前記第１および第２のインバータの電力用半導体スイッチング素子のオンオフを制御するインバータ制御装置とをさらに備え、
   前記第１および第２の交流回転電機の少なくとも一方は、前記電動車両の走行駆動力の発生に用いられ、
   前記給電線は、前記外部充電モード時には、前記コネクタおよび前記充電ケーブルを介して、前記第１の多相巻線の第１の中性点および前記第２の多相巻線の第２の中性点と、前記外部電源との間を電気的に接続するように配設され、
   前記インバータ制御装置は、前記外部充電モード時には、前記第１および前記第２のインバータならびに前記第１および第２の多相巻線のインダンタンスが前記充電電力変換装置として動作させるべく、前記給電線を経由して前記第１および第２の中性点へ供給された前記外部電源からの交流電圧を、前記直流電圧に変換して前記電力線に出力するように、前記第１および第２のインバータの各々を制御する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電機構の充電制御システム。
8. 電動車両に搭載された蓄電機構の充電制御システムの制御方法であって、
   前記充電制御システムは、
   前記蓄電機構と前記電力線との間で双方向に電力変換可能に構成された、前記電力線の電圧を目標電圧に制御するコンバータと、
   前記電動車両の外部電源によって前記蓄電機構を充電する外部充電モードにおいて、コネクタを介して前記外部電源と電気的に接続される給電線と、
   前記給電線を流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記給電線に介挿接続された開閉装置と、
   前記給電線と前記電力線の間に設けられ、前記外部電源からの交流電圧を直流電圧に変換して、前記電力線に出力するための充電電力変換装置とを備え、
   前記制御方法は、
   前記外部充電モード時に、前記開閉装置を開放した状態で、前記充電電力変換装置が前記交流電圧を変換して前記電力線に出力する最高電圧よりも高い所定電圧に前記目標電圧を設定するステップと、
   前記電力線が前記所定電圧に設定された後、前記開閉装置を閉成するステップと、
   前記開閉装置が閉成された状態で、前記目標電圧を徐々に低下させながら前記電流検出器による検出電流を監視することによって、前記充電電力変換装置の出力電圧が前記電力線上の電圧と同等となるときの前記目標電圧である均衡電圧を決定するステップと、
   前記均衡電圧以下に前記目標電圧を設定するとともに、前記蓄電機構の充電指令に従って前記充電電力変換装置の動作を制御することによって前記蓄電機構を充電するステップとを備える、蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
9. 前記充電制御システムは、
   給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
   前記制御方法は、
   前記均衡電圧と前記電圧検出器による検出電圧のピーク値との電圧比に基づいて、前記検出電圧の修正ゲインを演算するステップをさらに備える、請求項８記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
10. 前記充電するステップは、前記電流検出器による検出電流と、前記修正ゲインに従って修正された前記検出電圧とに基づくフィードバック制御に従って、前記充電電力変換装置の動作を制御する、請求項９記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
11. 前記電圧比が１．０より大きい第１の所定値より高いとき、または、前記電圧比が１．０より小さい第２の所定値より低いときには、前記充電制御システムの異常を検知して、前記外部充電動作を中止するステップをさらに備える、請求項９記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
12. 前記充電制御システムは、
    前記給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
    前記決定するステップは、前記目標電圧を徐々に低下させる際の１回あたりの電圧低下量を、前記目標電圧と前記電圧検出器による検出電圧のピーク値との差に応じて可変に設定する、請求項８記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
13. 前記充電制御システムは、
    前記給電線上の電圧を検出する電圧検出器をさらに備え、
    前記充電電力変換装置は、複数の電力用半導体スイッチング素子により構成されたインバータを含み、
    前記複数の電力用半導体スイッチング素子は、前記決定するステップによる前記均衡電圧の探索時には、所定のスイッチングパターンに従ってオンオフされる一方で、前記充電するステップによる充電動作時には、前記電流検出器および前記電圧検出器による検出値に基づくフィードバック制御に従ってオンオフが制御される、請求項８記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。
14. 前記電動車両は、
    星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の交流回転電機と、
    星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の交流回転電機と、
    前記第１の多相巻線に接続され、前記第１の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第１のインバータと、
    前記第２の多相巻線に接続され、前記第２の交流回転電機と前記電力線との間で電力変換を行なう第２のインバータと、
    前記第１および第２のインバータの電力用半導体スイッチング素子のオンオフを制御するインバータ制御装置とをさらに備え、
    前記第１および第２の交流回転電機の少なくとも一方は、前記電動車両の走行駆動力の発生に用いられ、
    前記給電線は、前記外部充電モード時には、前記コネクタおよび前記充電ケーブルを介して、前記第１の多相巻線の第１の中性点および前記第２の多相巻線の第２の中性点と、前記外部電源との間を電気的に接続するように配設され、
    前記インバータ制御装置は、前記外部充電モード時には、前記第１および前記第２のインバータならびに前記第１および第２の多相巻線のインダンタンスが前記充電電力変換装置として動作させるべく、前記給電線を経由して前記第１および第２の中性点へ供給された前記外部電源からの交流電圧を、前記直流電圧に変換して前記電力線に出力するように、前記第１および第２のインバータの各々を制御する、請求項８〜１３のいずれか１項に記載の蓄電機構の充電制御システムの制御方法。

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