JP5343981B2 - 車両の充電システム - Google Patents

Description

この発明は、車両の充電システムに関し、特に外部から充電可能に構成された蓄電装置を搭載する車両の充電システムに関する。

近年、環境に配慮した車両として電気自動車やハイブリッド自動車など、走行用のモータを搭載し、それを駆動するためのバッテリを搭載した車両の開発が盛んになってきている。

特開平０７−１９４０１５号公報（特許文献１）は、電気自動車に搭載されたバッテリを充電するための充電制御装置を開示する。この充電制御装置には、異常検出センサおよび電流センサの検出値が入力される。充電制御装置は、バッテリが正常であると判断すると、電力制御部を調節して最適の充電電流がバッテリへ供給されるように電流センサの値をフィードバックして充電を行なう。一方バッテリの異常や満充電など充電すべきでない状態が検出されると、電流センサの検出値がほぼ０となるように電力制御部からの出力電力が調節される。したがって、バッテリの異常時に作動するファンなどへの電力は、充電制御装置から直接供給され、異常状態や満充電状態にあるバッテリから放電されたりあるいはバッテリに充電されたりすることはなくなる。
特開平０７−１９４０１５号公報

近年、ハイブリッド自動車の蓄電装置を、電気自動車のように外部から充電可能とするプラグインハイブリッド自動車が検討されている。

電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載した蓄電装置を家庭等において車両外部から充電する場合に、充電時間を短くするためにはなるべく充電する電力を大きくしたい。しかし、充電電力を大きくし過ぎると、外部電源側に設けられたブレーカが過大電流を検出して充電経路を遮断してしまう可能性がある。通常の動作中はこのようなことは生じにくいが、充電系統に何らかの異常が発生した場合には、充電を制御する制御装置において過大な電力の要求が発生することが懸念される。したがって何らかの制限を予め設けておくことが好ましい。

この発明の目的は、車両や充電器に異常が発生した場合においても、外部電源の過電流を防ぎブレーカ落ちを防止することができる車両の充電システムを提供することである。

この発明は、要約すると、車載の蓄電装置を充電する車両の充電システムであって、蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器と、充電器に対する電力指令値を生成することによって充電器の制御を行なう充電制御装置とを備える。充電制御装置は、蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部と、蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部と、充電電力と目標値との差に基づいて目標値を補正して電力指令値を生成するための第１フィードバック制御部と、充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部と、充電系統の許容電力に基づいて電力指令値の上限値であるガード目標値を決定するガード目標値決定部と、供給電力検出部によって検出された供給電力とガード目標値との差に基づいてガード目標値を補正するための第２フィードバック制御部と、第１フィードバック制御部によって補正された目標値を第２フィードバック制御部によって補正されたガード目標値に基づいて制限する上限ガード処理部とを含む。

好ましくは、ガード目標値決定部は、車両外部の電源から車両まで電力を伝達する経路の許容電力値を示す情報を経路に設けられた信号送信装置から取得する。

より好ましくは、車両の充電システムは、ガード目標値、供給電力および第２のフィードバック制御部によって定められる補正値に基づいて充電器の異常を監視する異常監視部をさらに備える。

好ましくは、車両は、充電器から出力される電力の一部によって駆動され得る補機を含む。蓄電装置は、補機への電力供給経路に接続された第１の蓄電装置と、充電器の出力が接続された第２の蓄電装置とを含む。車両の充電システムは、第１の蓄電装置の電圧と電気負荷への供給電圧との間で電圧変換を行なう第１の電圧コンバータと、第２の蓄電装置の電圧と供給電圧との間で電圧変換を行なう第２の電圧コンバータとをさらに備える。充電制御装置は、第１、第２の電圧コンバータを制御することにより充電器から充電電力が供給される充電対象を第１、第２の蓄電装置のうちから選択する。

好ましくは、車両は、蓄電装置から電力を受けて作動する車両駆動用のモータと、モータと共に車両駆動用として併用される内燃機関とを含む。

本発明によれば、車載の蓄電装置への充電中において、外部電源の過電流を防ぎブレーカ落ちを防止することができる

この発明による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。 図１に示したコンバータ１２−１，１２−２の概略構成図である。なお、各コンバータの構成および動作は同様であるので、以下ではコンバータ１２−１の構成および動作について代表として説明する。 図１に示した充電器４２の概略構成図である。 充電ＥＣＵ４６に入力されるパイロット信号ＣＰＬＴを説明するための図である。 充電ＥＣＵ４６の電力指令値発生に関する機能ブロック図である。 図５のガード目標値決定部６１で決定される電圧規格値ＶＡＣＳＰＣを説明するための図である。 図５のガード目標値決定部６１で決定される電流規格値ＩＡＣＳＰＣを説明するための図である。 充電ＥＣＵ４６で実行されるプログラムの制御を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１９，９２，９５ 電流センサ、２０，９１，９３，９４ 電圧センサ、２２ 補機、３４ 動力分割装置、３６ エンジン、３８ 駆動輪、４０ ＭＧ−ＥＣＵ、４２ 充電器、４４ インレット、４６ 充電ＥＣＵ、４７ 電圧センサ、５１ 充電電力目標値決定部、５２ 充電電力検出部、５３ 減算部、５４，６４ フィードバック制御部、５５，５６，５７，６５ 加算部、６１ ガード目標値決定部、６２ 充電器供給電力検出部、６３ 減算部、６６ 上限ガード処理部、８０ 電力制限部、８１ フィルタ、８２ ＡＣ／ＤＣ変換部、８３ 平滑コンデンサ、８４ ＤＣ／ＡＣ変換部、８５ 絶縁トランス、８６ 整流部、８７ 温度センサ、８８ マイコン、１００ ハイブリッド自動車、３００ 充電ケーブル、３１０ コネクタ、３１２ スイッチ、３２０ プラグ、３３０ ＣＣＩＤ、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、Ｃ 平滑コンデンサ、Ｃ１ 平滑コンデンサ、Ｄ１Ａ，Ｄ１Ｂ ダイオード、Ｌ１ インダクタ、ＬＮ１Ａ 正母線、ＬＮ１Ｂ 配線、ＬＮ１Ｃ 負母線、ＭＮＬ 主負母線、ＭＰＬ 主正母線、ＮＬ１，ＮＬ２，ＮＬＣ 負極線、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬＣ 正極線、Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂ スイッチング素子。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［車両の全体構成］
図１は、この発明による電動車両の一例として示されるハイブリッド自動車の全体ブロック図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車１００は、蓄電装置１０−１〜１０−３と、システムメインリレー（System Main Relay）１１−１〜１１−３と、コンバータ１２−１，１２−２と、主正母線ＭＰＬと、主負母線ＭＮＬと、平滑コンデンサＣと、補機２２とを備える。また、ハイブリッド自動車１００は、インバータ３０−１，３０−２と、モータジェネレータ（Motor Generator）３２−１，３２−２と、動力分割装置３４と、エンジン３６と、駆動輪３８とをさらに備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、電圧センサ１４−１〜１４−３，１８−１，１８−２，２０と、電流センサ１６−１〜１６−３，１９と、ＭＧ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０とを備える。さらに、ハイブリッド自動車１００は、充電器４２と、車両インレット４４と、充電ＥＣＵ４６とを備える。

蓄電装置１０−１〜１０−３の各々は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池や、大容量のキャパシタ等を含む。蓄電装置１０−１は、システムメインリレー１１−１を介してコンバータ１２−１に接続され、蓄電装置１０−２，１０−３は、それぞれシステムメインリレー１１−２，１１−３を介してコンバータ１２−２に接続される。

システムメインリレー１１−１は、蓄電装置１０−１とコンバータ１２−１との間に設けられる。システムメインリレー１１−２は、蓄電装置１０−２とコンバータ１２−２との間に設けられ、システムメインリレー１１−３は、蓄電装置１０−３とコンバータ１２−２との間に設けられる。なお、蓄電装置１０−２と蓄電装置１０−３との短絡を避けるため、システムメインリレー１１−２，１１−３は、選択的にオンされ、同時にオンされることはない。

コンバータ１２−１，１２−２は、互いに並列して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。コンバータ１２−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＣ１に基づいて、蓄電装置１０−１と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。コンバータ１２−２は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＣ２に基づいて、コンバータ１２−２に電気的に接続された蓄電装置１０−２および蓄電装置１０−３のいずれかと主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で電圧変換を行なう。

補機２２は、システムメインリレー１１−１とコンバータ１２−１との間に配設される正極線ＰＬ１および負極線ＮＬ１に接続される。平滑コンデンサＣは、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間に接続され、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬによって各蓄電装置に対する電力の分配を行なう。

インバータ３０−１，３０−２は、互いに並列して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続される。インバータ３０−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ３２−１を駆動する。インバータ３０−２は、ＭＧ−ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ３２−２を駆動する。

モータジェネレータ３２−１，３２−２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３２−１，３２−２は、動力分割装置３４に連結される。動力分割装置３４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を含む。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン３６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ３２−１の回転軸に連結される。リングギヤは、モータジェネレータ３２−２の回転軸および駆動輪３８に連結される。この動力分割装置３４によって、エンジン３６が発生する動力は、駆動輪３８へ伝達される経路と、モータジェネレータ３２−１へ伝達される経路とに分割される。

そして、モータジェネレータ３２−１は、動力分割装置３４によって分割されたエンジン３６の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置１０−１〜１０−３のＳＯＣが低下すると、エンジン３６が始動してモータジェネレータ３２−１により発電が行なわれ、その発電された電力が蓄電装置へ供給される。

一方、モータジェネレータ３２−２は、蓄電装置１０−１〜１０−３の少なくとも１つから供給される電力およびモータジェネレータ３２−１により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。モータジェネレータ３２−２の駆動力は、駆動輪３８に伝達される。なお、車両の制動時には、車両の運動エネルギーが駆動輪３８からモータジェネレータ３２−２に伝達されてモータジェネレータ３２−２が駆動され、モータジェネレータ３２−２が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ３２−２は、車両の運動エネルギーを電力に変換して回収する回生ブレーキとして作動する。

ＭＧ−ＥＣＵ４０は、コンバータ１２−１，１２−２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２をそれぞれコンバータ１２−１，１２−２へ出力する。また、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、モータジェネレータ３２−１，３２−２をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれインバータ３０−１，３０−２へ出力する。

また、ＭＧ−ＥＣＵ４０は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、充電ＥＣＵ４６から受ける信号ＣＨ１が活性化されると、充電器４２からコンバータ１２−２、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬならびにコンバータ１２−１を順次介して蓄電装置１０−１へ充電電力が供給されるように信号ＰＷＣ１，ＰＷＣ２を生成してコンバータ１２−１，１２−２へそれぞれ出力する。

充電器４２は、車両インレット４４に入力端が接続され、システムメインリレー１１−２，１１−３とコンバータ１２−２との間に配設される正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２に出力端が接続される。充電器４２は、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）４０２から供給される電力を車両インレット４４から受ける。そして、充電器４２は、充電ＥＣＵ４６から電力指令値ＣＨＰＷを受け、充電器４２の出力電圧を所定の直流電圧に制御しつつ、充電器４２の出力電力が電力指令値ＣＨＰＷに一致するように出力電力を制御する。車両インレット４４は、外部電源４０２から電力を受けるための電力インターフェースである。

電圧センサ１４−１〜１４−３は、蓄電装置１０−１の電圧ＶＢ１、蓄電装置１０−２の電圧ＶＢ２および蓄電装置１０−３の電圧ＶＢ３をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。電流センサ１６−１〜１６−３は、蓄電装置１０−１に対して入出力される電流ＩＢ１、蓄電装置１０−２に対して入出力される電流ＩＢ２および蓄電装置１０−３に対して入出力される電流ＩＢ３をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。

電圧センサ１８−１，１８−２は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の電圧ＶＬ１、および正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧ＶＬ２をそれぞれ検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。電流センサ１９は、コンバータ１２−２に対して入出力される正極線ＰＬ２の電流ＩＬを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。なお、この電流センサ１９は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、充電器４２からコンバータ１２−２へ流れる電流を検出可能である。電圧センサ２０は、主正母線ＭＰＬと主負母線ＭＮＬとの間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４６へ出力する。

充電ＥＣＵ４６は、車両インレット４４に接続される外部電源４０２による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、蓄電装置１０−１〜１０−３の充電電力（ｋＷｈ）の目標値ＰＲを図示されない車両ＥＣＵから受ける。また、充電ＥＣＵ４６は、充電器４２によって蓄電装置１０−１〜１０−３のいずれの充電が行なわれるかを示す信号ＳＥＬを上記の車両ＥＣＵから受ける。すなわち、この実施の形態１においては、蓄電装置１０−１〜１０−３は、予め定められた順序で順次充電される。

なお、蓄電装置１０−１の充電が行なわれるときは、充電ＥＣＵ４６からＭＧ−ＥＣＵ４０へ信号ＣＨ１が出力され、充電器４２からコンバータ１２−２およびコンバータ１２−１を順次介して蓄電装置１０−１へ電力が流れるようにコンバータ１２−１，１２−２が動作する。ここで、蓄電装置１０−１とコンバータ１２−１との間に接続されている補機２２は、蓄電装置１０−１の充電が行なわれるときは、充電器４２から供給される電力によって動作する。一方、蓄電装置１０−２または蓄電装置１０−３の充電が行なわれるときは、補機２２は、蓄電装置１０−１から電力の供給を受ける。

そして、充電ＥＣＵ４６は、外部電源４０２による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、充電器４２の出力電力の目標値を示す電力指令値ＣＨＰＷを生成し、その生成した電力指令値ＣＨＰＷを充電器４２へ出力する。

ここで、充電ＥＣＵ４６は、電圧ＶＢ１〜ＶＢ３，ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＨおよび電流ＩＢ１〜ＩＢ３，ＩＬの各検出値を受け、蓄電装置１０−１〜１０−３に実際に供給される充電電力が目標値ＰＲに一致するように、充電器４２の電力指令値ＣＨＰＷを上記各検出値に基づいてフィードバック補正する。すなわち、この実施の形態においては、充電器４２の出力電力が目標値に一致するように充電器４２を制御するだけでなく、蓄電装置の実際の充電電力が目標値に一致するように、蓄電装置の状態に基づいて電力指令値ＣＨＰＷがフィードバック補正される。これにより、蓄電装置１０−１〜１０−３の充電電力を目標値ＰＲに確実に一致させることができる。

ハイブリッド自動車１００は、外部電源４０２から入力される電圧ＶＡＣを検出する電圧センサ４７をさらに含む。充電ＥＣＵ４６は、電圧センサ４７から与えられる検出結果を受ける。充電ＥＣＵは、充電器４２に対して電力指令値ＣＨＰＷを出力することに加え、充電器４２のオン／オフ制御を行なう制御信号ＣＨＲＱを充電器４２に出力する。

図２は、図１に示したコンバータ１２−１，１２−２の概略構成図である。なお、各コンバータの構成および動作は同様であるので、以下ではコンバータ１２−１の構成および動作について代表として説明する。

図２を参照して、コンバータ１２−１は、チョッパ回路１３−１と、正母線ＬＮ１Ａと、負母線ＬＮ１Ｃと、配線ＬＮ１Ｂと、平滑コンデンサＣ１とを含む。チョッパ回路１３−１は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂと、ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂと、インダクタＬ１とを含む。

正母線ＬＮ１Ａは、一方端がスイッチング素子Ｑ１Ｂのコレクタに接続され、他方端が主正母線ＭＰＬに接続される。負母線ＬＮ１Ｃは、一方端が負極線ＮＬ１に接続され、他方端が主負母線ＭＮＬに接続される。

スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂは、負母線ＬＮ１Ｃと正母線ＬＮ１Ａとの間に直列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１Ａのエミッタが負母線ＬＮ１Ｃに接続され、スイッチング素子Ｑ１Ｂのコレクタが正母線ＬＮ１Ａに接続される。ダイオードＤ１Ａ，Ｄ１Ｂは、それぞれスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂに逆並列に接続される。インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂの接続ノードと配線ＬＮ１Ｂとの間に接続される。

配線ＬＮ１Ｂは、一方端が正極線ＰＬ１に接続され、他方端がインダクタＬ１に接続される。平滑コンデンサＣ１は、配線ＬＮ１Ｂと負母線ＬＮ１Ｃとの間に接続され、配線ＬＮ１Ｂおよび負母線ＬＮ１Ｃ間の直流電圧に含まれる交流成分を低減する。

チョッパ回路１３−１は、ＭＧ−ＥＣＵ４０（図１）からの信号ＰＷＣ１に応じて、蓄電装置１０−１（図１）と主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間で双方向の直流電圧変換を行なう。信号ＰＷＣ１は、下アーム素子を構成するスイッチング素子Ｑ１Ａのオン／オフを制御する信号ＰＷＣ１Ａと、上アーム素子を構成するスイッチング素子Ｑ１Ｂのオン／オフを制御する信号ＰＷＣ１Ｂとを含む。そして、一定のデューティーサイクル（オン期間およびオフ期間の和）内でのスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのデューティー比（オン／オフ期間比率）がＭＧ−ＥＣＵ４０によって制御される。

スイッチング素子Ｑ１Ａのオンデューティーが大きくなるようにスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂが制御されると（スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂはデッドタイム期間を除いて相補的にオン／オフ制御されるので、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオンデューティーは小さくなる。）、蓄電装置１０−１からインダクタＬ１に流れるポンプ電流量が増大し、インダクタＬ１に蓄積される電磁エネルギーが大きくなる。その結果、スイッチング素子Ｑ１Ａがオン状態からオフ状態に遷移したタイミングでインダクタＬ１からダイオードＤ１Ｂを介して主正母線ＭＰＬへ放出される電流量が増大し、主正母線ＭＰＬの電圧が上昇する。

一方、スイッチング素子Ｑ１Ｂのオンデューティーが大きくなるようにスイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂが制御されると（スイッチング素子Ｑ１Ａのオンデューティーは小さくなる。）、主正母線ＭＰＬからスイッチング素子Ｑ１ＢおよびインダクタＬ１を介して蓄電装置１０−１へ流れる電流量が増大するので、主正母線ＭＰＬの電圧は下降する。

このように、スイッチング素子Ｑ１Ａ，Ｑ１Ｂのデューティー比を制御することによって、主正母線ＭＰＬの電圧を制御することができるとともに、蓄電装置１０−１と主正母線ＭＰＬとの間に流す電流（電力）の方向および電流量（電力量）を制御することができる。

図３は、図１に示した充電器４２の概略構成図である。
図３を参照して、充電器４２は、フィルタ８１と、電力制限部８０と、温度センサ８７と、電圧センサ９１，９３，９４と、電流センサ９２，９５と、マイコン（マイクロコンピュータ）８８とを含む。

電力制限部８０は、ＡＣ／ＤＣ変換部８２と、平滑コンデンサ８３と、ＤＣ／ＡＣ変換部８４と、絶縁トランス８５と、整流部８６とを含む。

フィルタ８１は、車両インレット４４（図１）とＡＣ／ＤＣ変換部８２との間に設けられ、外部電源４０２（図１）による蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時、車両インレット４４から外部電源４０２へ高周波のノイズが出力されるのを防止する。ＡＣ／ＤＣ変換部８２は、単相ブリッジ回路を含む。ＡＣ／ＤＣ変換部８２は、マイコン８８からの駆動信号に基づいて、外部電源４０２から供給される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣへ出力する。平滑コンデンサ８３は、正極線ＰＬＣと負極線ＮＬＣとの間に接続され、正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣ間に含まれる電力変動成分を低減する。

ＤＣ／ＡＣ変換部８４は、単相ブリッジ回路を含む。ＤＣ／ＡＣ変換部８４は、マイコン８８からの駆動信号に基づいて、正極線ＰＬＣおよび負極線ＮＬＣから供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス８５へ出力する。絶縁トランス８５は、磁性材を含むコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換部８４および整流部８６に接続される。そして、絶縁トランス８５は、ＤＣ／ＡＣ変換部８４から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流部８６へ出力する。整流部８６は、絶縁トランス８５から出力される交流電力を直流電力に整流して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力する。

電圧センサ９１は、フィルタ８１後の外部電源４０２の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電流センサ９２は、外部電源４０２から供給される電流を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電圧センサ９３は、正極線ＰＬＣと負極線ＮＬＣとの間の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電圧センサ９４は、整流部８６の出力側の電圧を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。電流センサ９５は、整流部８６から出力される電流を検出し、その検出値をマイコン８８へ出力する。

マイコン８８は、電圧センサ９４および電流センサ９５の検出値に基づいて算出される充電器４２の出力電力が電力指令値ＣＨＰＷに一致するように、電圧センサ９１，９３，９４および電流センサ９２，９５の各検出値に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部８２およびＤＣ／ＡＣ変換部８４を駆動するための駆動信号を生成する。そして、マイコン８８は、その生成した駆動信号をＡＣ／ＤＣ変換部８２およびＤＣ／ＡＣ変換部８４へ出力する。

温度センサ８７は、充電器４２が過熱状態に至るおそれがあるというセーブ運転条件が成立しているか否かを検出する。具体的には、温度センサ８７は、充電器４２の温度ＴＣを検出しマイコン８８に送信する。マイコン８８は、温度センサ８７の出力する温度ＴＣに基づいて、セーブモードと通常モードとの間で充電器４２の動作モードを変更する。電力制限部８０は、マイコン８８の制御の下で車両外部の電源からの電力を制限して蓄電装置１０−１〜１０−３への充電電力として供給する。

図４は、充電ＥＣＵ４６に入力されるパイロット信号ＣＰＬＴを説明するための図である。

図４を参照して、外部電源４０２から充電ケーブル３００を経由して車両のアドオン充電器４２までの充電経路が示される。

インレット４４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。インレット４４には、プラグインハイブリッド車と外部の電源４０２とを連結する充電ケーブル３００のコネクタ３１０が接続される。

プラグインハイブリッド車と外部の電源４０２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インレット４４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インレット４４に接続された状態でスイッチ３１２が閉じると、コネクタ３１０がインレット４４に接続された状態であることを表わすコネクタ信号ＰＩＳＷが充電ＥＣＵ４６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をハイブリッド車のインレット４４に係止する係止金具に連動して開閉する。係止金具は、コネクタ３１０に設けられたボタンを操作者が押すことにより揺動する。

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（wall outlet）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の電源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の電源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の電源４０２からプラグインハイブリッド車へ電力を供給することが可能になる。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インレット４４に接続された状態で充電ＥＣＵ４６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、すなわち外部の電源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インレット４４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。

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インレット４４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インレット４４から外された状態では、充電ＥＣＵ４６は出力されたパイロット信号ＣＰＬＴを検出できない。

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インレット４４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（デューティーサイクル）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、外部の電源４０２の電圧および電流に依存せずに一定である。充電ケーブル３００の電流容量は、外部電源４０２のブレーカの容量に対応するように選択されている。

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、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の電源４０２とが連結された状態において、外部の電源４０２から供給された電力が図１の蓄電装置１０−１〜１０−３に充電される。蓄電装置１０−１〜１０−３の充電時には、対応するシステムメインリレー１１−１〜１１−３およびＣＣＩＤ３３０内のリレー３３２が閉じられる。

外部の電源４０２の交流電圧ＶＡＣは、プラグインハイブリッド車の内部に設けられた電圧センサ４７により検出される。検出された電圧ＶＡＣは、充電ＥＣＵ４６に送信される。

充電ＥＣＵ４６は、充電ケーブルがインレットに接続されたことをコネクタ信号ＰＩＳＷによって検出し、充電ケーブルの許容電流値をパイロット信号ＣＰＬＴによって検出し、充電器４２に対して電力指令値ＣＨＰＷおよびオン／オフの制御信号ＣＨＲＱを出力する。

図５は、充電ＥＣＵ４６の電力指令値発生に関する機能ブロック図である。
図５を参照して、充電ＥＣＵ４６は、充電電力目標値決定部５１と、充電電力検出部５２と、減算部５３と、フィードバック制御部５４と、加算部５５，５６，５７と、上限ガード処理部６６とを含む。

充電電力目標値決定部５１は、電圧センサで検出された電圧値ＶＡＣ（１００Ｖ／２００Ｖ）に基づいて目標充電電力ＰＲを設定する。充電対象の蓄電装置の充電状態ＳＯＣが低いときには、目標充電電力ＰＲは大きく設定され急速充電がなされる。一方充電対象となっている蓄電装置の充電状態ＳＯＣが高くなると、目標充電電力ＰＲは小さく設定され、急速充電後のゆっくりとした追加充電が実行される。しかし、蓄電装置の温度に基づいて充電電力上限値Ｗｉｎが小さく設定されると、目標充電電力ＰＲはそれに制限される。

充電電力検出部５２は、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれるとき、電圧ＶＢ１および電流ＩＢ１の検出値に基づいて蓄電装置１０−１の充電電力を算出し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として減算部５３へ出力する。なお、充電器４２によって蓄電装置１０−１の充電が行なわれることは、図示されない車両ＥＣＵから受ける信号ＳＥＬに基づいて判断される。

また、充電器４２によって蓄電装置１０−２の充電が行なわれるとき、充電電力検出部５２は、電圧ＶＢ２および電流ＩＢ２の検出値に基づいて蓄電装置１０−２の充電電力を算出し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として減算部５３へ出力する。また、充電器４２によって蓄電装置１０−３の充電が行なわれるとき、充電電力検出部５２は、電圧ＶＢ３および電流ＩＢ３の検出値に基づいて蓄電装置１０−３の充電電力を算出し、その演算結果をモニタ値ＰＭ２として減算部５３へ出力する。なお、充電器４２によって蓄電装置１０−２または１０−３の充電が行なわれることは、図示されない車両ＥＣＵから受ける信号ＳＥＬに基づいて判断される。

減算部５３は、モニタ値ＰＭ２から目標値ＰＲを減算しその演算結果をフィードバック制御部５４へ出力する。なお、目標値ＰＲは、蓄電装置１０−１〜１０−３ごとに異なってもよいし同じでもよい。

フィードバック制御部５４は、減算部５３から受けるモニタ値ＰＭ２と充電電力の目標値ＰＲとの偏差を制御入力として比例積分演算を行ない（ＰＩ制御）、その演算結果をフィードバック補正値ＰＣとして出力する。加算部５５によって補正値ＰＣは目標値ＰＲに加算される。そして加算部５５の演算結果は加算部５６によって補機電力の見込み値Ｐａｕｘに加算され、さらにその結果に充電器損失Ｐｌｏｓｓが加算部５７によって加算される。

上限ガード処理部６６は、加算部５７の演算結果Ａに対してガード値Ｂを上限とする上限ガード処理を行なって電力指令値ＣＨＰＷを出力する。

本実施の形態においては、上限ガード処理部６６に与えられるガード値Ｂに対してもフィードバック処理による補正が行なわれている。

この処理のために、充電ＥＣＵ４６は、ガード目標値決定部６１と、充電器供給電力検出部６２と、減算部６３と、フィードバック制御部６４と、加算部６５とを含む。

ガード目標値決定部６１は、検出された外部からの入力電圧ＶＡＣに基づいて決定される電圧規格値ＶＡＣＳＰＣと、パイロット信号ＣＰＬＴに基づいて判断される電流規格値ＩＡＣＳＰＣとを掛け算してガード目標値ＰＢを決定する。なお、ガード目標値決定部６１は、充電器４２の許容電力がＶＡＣおよびＣＰＬＴに基づいて決定されたガード目標値よりも小さければ、充電器４２の許容電力をガード目標値ＰＢとして設定する。

図６は、図５のガード目標値決定部６１で決定される電圧規格値ＶＡＣＳＰＣを説明するための図である。

図７は、図５のガード目標値決定部６１で決定される電流規格値ＩＡＣＳＰＣを説明するための図である。

図６および図７を参照して、電圧センサで検出されたＶＡＣセンサ値が８０ボルト以上かつ１６０ボルト未満である場合にはガード目標値決定部６１は、電圧規格値を１００Ｖであると決定する。またＶＡＣセンサ値が１６０ボルト以上かつ２６０ボルト未満である場合にはガード目標値決定部６１は電圧規格値ＶＡＣＳＰＣを２００Ｖであると決定する。

またガード目標値決定部６１は、入力されたパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が１８〜２２％の範囲内にあるときには電流規格値ＩＡＣＳＰＣを１２Ａであると決定する。またガード目標値決定部６１は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が２４〜２８％の範囲内にあるときには電流規格値ＩＡＣＳＰＣを１６Ａであると決定する。さらにガード目標値決定部６１は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が４８〜５２％の範囲内にあるときには電流規格値ＩＡＣＳＰＣを２４Ａであると決定する。またガード目標値決定部６１は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が５８〜６２％の範囲内にあるときには電流規格値ＩＡＣＳＰＣを３２Ａと決定する。基本的には、定格電流ＩＡＣＳＰＣと交流入力電圧ＶＡＣＳＰＣとの積から定格電力を求め、この求めた定格電力から適合によって求められたオフセット値を引くことによりガード目標値ＰＢが決定される。

再び図５を参照して、充電器供給電力検出部６２は、図１の電流センサ１９で検出された電流値ＩＬおよび電圧センサ１８−２で検出された電圧値ＶＬ２に基づいて充電器４２が出力する供給電力のモニタ値ＰＭを算出する。減算部６３は、モニタ値ＰＭとガード目標値ＰＢとの偏差をフィードバック制御部６４に出力する。

フィードバック制御部６４は、減算部６３から受ける偏差を制御入力として比例積分演算を行ない（ＰＩ制御）、その演算結果をフィードバック補正値ＰＣＢとして加算部６５に出力する。加算部６５は、ガード目標値ＰＢと補正値ＰＣＢを加算してガード値Ｂを求める。ガード値Ｂは上限ガード処理部において電力指令値ＣＨＰＷの上限ガード値として用いられる。

なお図５に示した充電ＥＣＵ４６の機能ブロック図は、コンピュータによるソフトウェアによっても実現可能である。充電ＥＣＵ４６は、１つまたは複数のコンピュータを含んで構成されても良い。また、充電ＥＣＵ４６は、他の車両制御を行なうＥＣＵと統合され１つのコンピュータによって実現されても良い。

図８は、充電ＥＣＵ４６で実行されるプログラムの制御を説明するためのフローチャートである。

図８を参照して、まずこの処理が開始されると、充電ＥＣＵ４６は、ステップＳ１において充電開始前であるか否かが判断される。充電開始前というのは充電ケーブルによって外部電源４０２が充電器４２に接続されているが、充電器４２がまだ充電電力を供給してない状態をいう。ステップＳ１において充電開始前であれば、ステップＳ２に処理が進み充電ＥＣＵ４６は電圧センサ４７で検出された電圧値ＶＡＣおよびパイロット信号ＣＰＬＴに基づいてガード目標値ＰＢを決定する。定格電流ＩＡＣＳＰＣと交流入力電圧ＶＡＣＳＰＣとの積から定格電力を求め、この求めた定格電力から適合によって求められたオフセット値を引くことによりガード目標値ＰＢが決定される。ガード目標値ＰＢの決定については、図６、図７で説明したので説明は繰返さない。

ステップＳ１において充電開始後である場合およびステップＳ２においてガード目標値ＰＢが決定された場合には、ステップＳ３に処理が進む。

ステップＳ３では、充電電力モニタ値ＰＭ２と充電目標値ＰＲとの差分に基づいて充電フィードバック補正値ＰＣが決定される。また供給電力のモニタ値ＰＭとガード目標値ＰＢとの差分に基づいてガードフィードバック補正値ＰＣＢが決定される。

ステップＳ３の処理が終了するとステップＳ４に処理が進み、目標値ＰＲと充電フィードバック補正値ＰＣと補機２２で消費される電力の見込み値Ｐａｕｘと、充電器４２で生じる損失の見込み値Ｐｌｏｓｓとを加算することにより充電器４２に与える電力指令値ＣＨＰＷの候補値を求める。

そしてさらにステップＳ５においてステップＳ４で求めた電力指令値ＣＨＰＷの候補値がガード目標値ＰＢと補正値ＰＣＢとの和以下になるように電力指令値ＣＨＰＷを制限する。

そしてステップＳ６において供給電力のモニタ値ＰＭからガード目標値ＰＢを引いた値が所定のしきい値αよりも大きいか否かが判断される。ＰＭ−ＰＢ＞αが成立した場合にはステップＳ８に処理が進み、成立しない場合にはステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ７では、ガード補正値ＰＣＢが負の値を持つしきい値βよりも小さいか否かが判断され、かつこの状態が所定時間以上継続しているか否かが判断される。ステップＳ７の条件が成立した場合にはステップＳ８に処理が進み、条件が成立しない場合にはステップＳ１０に処理が進む。ステップＳ１０では、制御はメインルーチンに移されてこのまま充電が続行される。

一方ステップＳ６またはＳ７からステップＳ８に処理が進んだ場合には、ガード目標値ＰＢを超えて電力が供給されているか、またはガード目標値ＰＢを補正する補正値ＰＣＢが負となる状態が連続している場合であり、このような場合は充電器に異常が発生していることが考えられる。このためステップＳ８において充電器が異常であるという診断を確定させ、ステップＳ９においてシステムが遮断される。このシステムの遮断時には、制御信号ＣＨＲＱによって充電器がオフ状態に制御され、その後システムメインリレー１１−１〜１１−３がオフ状態に制御される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、外部から充電を行なう充電器の制御において、蓄電装置内のセンサでの充電目標値ＰＲのフィードバック制御の他に、充電器４２内のセンサでの供給電力が上限を超えないためにガード値Ｂの減少側のみのフィードバックを優先で実施する。これにより、外部電源側に設けられたブレーカ落ちの未然防止、または停電を誘発する充電システムの異常の検出を実現することができる。

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。

Claims (5)

1. 車載の蓄電装置（１０−１〜１０−３）を充電する車両の充電システムであって、
   前記蓄電装置を充電するために車両外部の電源から電力が供給されるように構成された充電器（４２）と、
   前記充電器に対する電力指令値を生成することによって前記充電器の制御を行なう充電制御装置（４６）とを備え、
   前記充電制御装置は、
   前記蓄電装置に供給される充電電力を検出する充電電力検出部（５２）と、
   前記蓄電装置に対する充電電力の目標値を決定する目標値決定部（５１）と、
   前記充電電力と前記目標値との差に基づいて前記目標値を補正して前記電力指令値を生成するための第１フィードバック制御部（５４）と、
   前記充電器から出力される供給電力を検出する供給電力検出部（６２）と、
   充電系統の許容電力に基づいて前記電力指令値の上限値であるガード目標値を決定するガード目標値決定部（６１）と、
   前記供給電力検出部（６２）によって検出された前記供給電力と前記ガード目標値との差に基づいて前記ガード目標値を補正するための第２フィードバック制御部（６４）と、
   前記第１フィードバック制御部によって補正された目標値を前記第２フィードバック制御部によって補正されたガード目標値に基づいて制限する上限ガード処理部（６６）とを含む、車両の充電システム。
2. 前記ガード目標値決定部（６１）は、車両外部の前記電源から前記車両まで電力を伝達する経路の許容電力値を示す情報を前記経路に設けられた信号送信装置（３３０）から取得する、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。
3. 前記ガード目標値、前記供給電力および前記第２のフィードバック制御部によって定められる補正値に基づいて前記充電器の異常を監視する異常監視部（６７）をさらに備える、請求の範囲第２項に記載の車両の充電システム。
4. 前記車両（１００）は、
   前記充電器から出力される電力の一部によって駆動され得る補機（２２）を含み、
   前記蓄電装置は、
   前記補機への電力供給経路に接続された第１の蓄電装置（１０−１）と、
   前記充電器の出力が接続された第２の蓄電装置（１０−２）とを含み、
   前記車両の充電システムは、
   前記第１の蓄電装置の電圧と電気負荷への供給電圧との間で電圧変換を行なう第１の電圧コンバータ（１２−１）と、
   前記第２の蓄電装置の電圧と前記供給電圧との間で電圧変換を行なう第２の電圧コンバータ（１２−２）とをさらに備え、
   前記充電制御装置は、前記第１、第２の電圧コンバータを制御することにより前記充電器から前記充電電力が供給される充電対象を前記第１、第２の蓄電装置のうちから選択する、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。
5. 前記車両（１００）は、
   前記蓄電装置から電力を受けて作動する車両駆動用のモータ（３２−２）と、
   前記モータと共に車両駆動用として併用される内燃機関（３６）とを含む、請求の範囲第１項に記載の車両の充電システム。

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