JP6036712B2 - 車両の電源装置 - Google Patents

Description

この発明は車両の電源装置に関する。

特開２０１３−２１１１４６号公報には、車両外部から充電インレットを経由して車載の蓄電装置に充電が可能な車両が開示されている。この車両は、充電インレットに外部給電コネクタを接続することによって、車外の電気負荷に給電（車外への放電）が可能となる。

特開２０１３−２１１１４６号公報 特開２０１３−０７０４７４号公報

上記のような外部に給電可能な車両において、車内コンセントを同時に使用したい場合も考えられる。この場合に、外部給電中に車内コンセントを有効にするスイッチが操作された場合に、車内コンセントをＡＣ１００Ｖ発生用のインバータに接続するリレーを導通させると、車内コンセントに負荷が接続されていた場合に電流が流れてリレーにスパークが発生し、リレーが溶着する恐れがある。

車内コンセントをＡＣ１００Ｖ発生用のインバータに接続するリレーを導通させる前に、ＡＣ１００Ｖ発生用のインバータをＯＦＦ状態にすれば電流が流れないのでスパークが発生しなくなるが、これでは外部給電が途切れてしまうので不便である。

この発明の目的は、外部給電の継続を維持しつつ車内コンセントの使用を開始可能な車両を提供することである。

この発明は、要約すると、車両の電源装置であって、充電インレットと、蓄電装置と、蓄電装置と充電インレットとの間に設けられ、蓄電装置の電力を交流電力に変換するインバータと、充電インレットとインバータとの間に設けられた第１のリレーと、第１のリレーとインバータとを結ぶ第１の経路から交流電力を出力するための車内コンセントと、第１の経路と車内コンセントとの間に設けられた第２のリレーと、車内コンセントを通過する電流を検出する電流センサと、車内コンセントを使用する要求を入力する操作部と、第１のリレーおよび第２のリレーを制御する制御部とを備える。第２のリレーは、抵抗付リレーと、抵抗付リレーに並列に設けられた直結リレーとを含む。制御部は、インバータによって蓄電装置から充電インレットを経由して車両外部に電力を供給している場合に操作部から要求が入力されたときには、抵抗付リレーを導通させ、電流センサが電流を検出しなければ直結リレーを導通させる。

充電インレットを経由して車両外部に電力が供給されている場合には、インバータが電力を出力している。このときに車内コンセントを使用可能とするために第２のリレーを導通させると、もしも車内コンセントに負荷が接続されている場合には第２のリレーを接続する際にスパークが発生し、第２のリレーが溶着したり第２のリレーの寿命が短くなったりする恐れがある。そこで、第２のリレーに抵抗付リレーを設けておき、まず抵抗付リレーを導通させることによって、抵抗を介して車内コンセントをインバータに接続する。抵抗があるため、負荷が車内コンセントに接続されていたとしても第２のリレーにはスパークが発生するほどの電流は流れない。抵抗で電流を制限した状態で車内コンセントをインバータに接続し、流れる電流を検出することによって、車内コンセントに負荷が接続されているか否かを検出することができる。電流センサに電流が検出されなければ、負荷が接続されていないので、直結リレーを接続してもスパークが発生しないので、直結リレーを接続することが許可される。

本発明によれば、充電インレットから車外に給電が行なわれている場合にも、リレーの寿命を損なうことなく、車内コンセントにも給電を開始することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示した図である。 ＶＰＣ１１０から電力を放電開始する処理を説明するためのフローチャートである。 ＶＰＣ１１０から電力を放電中に車内コンセント３５からの給電も開始する処理を説明するためのフローチャートである。

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。

（車両の電源装置の概要の説明）
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１００の構成を示した図である。図１を参照して、本実施の形態の車両１００の電源装置は、充電インレット６０と、蓄電装置Ｂと、蓄電装置Ｂと充電インレット６０との間に設けられ、蓄電装置Ｂの電力を交流電力に変換するＡＣ１００Ｖ用インバータ３２と、充電インレット６０とＡＣ１００Ｖ用インバータ３２との間に設けられた第１のリレーＯＳＲと、第１のリレーＯＳＲとＡＣ１００Ｖ用インバータ３２とを結ぶ第１の経路（電源ラインＡＣＯＬ１）から交流電力を出力するための車内コンセント３５と、第１の経路（電源ラインＡＣＯＬ１）と車内コンセント３５との間に設けられた第２のリレーＩＳＲと、車内コンセント３５を通過する電流を検出する電流センサ３７と、車内コンセント３５を使用する要求を入力する操作スイッチ３６と、第１のリレーＯＳＲおよび第２のリレーＩＳＲを制御する制御装置５０とを備える。第２のリレーＩＳＲは、抵抗付リレーＩＳＲＰと、抵抗付リレーＩＳＲＰに並列に設けられた直結リレーＩＳＲＢとを含む。制御装置５０は、ＡＣ１００Ｖ用インバータ３２によって蓄電装置Ｂから充電インレット６０を経由して車両外部に電力を供給している場合に操作スイッチ３６から車内コンセント３５の使用要求が入力されたときには、抵抗付リレーＩＳＲＰを導通させ、電流センサ３７が電流を検出しなければ直結リレーＩＳＲＢを導通させる。

充電インレット６０を経由して車両外部に電力が供給されている場合には、ＡＣ１００Ｖ用インバータ３２が電力を出力している。このときに車内コンセント３５を使用可能とするために第２のリレーＩＳＲを導通させると、もしも車内コンセント３５に負荷が接続されている場合には第２のリレーＩＳＲを接続する際にスパークが発生し、第２のリレーＩＳＲが溶着したり第２のリレーＩＳＲの寿命が短くなったりする恐れがある。そこで、第２のリレーＩＳＲに抵抗付リレーＩＳＲＰを設けておき、まず抵抗付リレーＩＳＲＰを導通させることによって、抵抗を介して車内コンセント３５をＡＣ１００Ｖ用インバータ３２に接続する。抵抗があるため、負荷が車内コンセント３５に接続されていたとしても第２のリレーＩＳＲにはスパークが発生するほどの電流は流れない。抵抗で電流を制限した状態で車内コンセント３５をＡＣ１００Ｖ用インバータ３２に接続し、流れる電流を検出することによって、車内コンセント３５に負荷が接続されているか否かを検出することができる。電流センサ３７に電流が検出されなければ、車内コンセント３５に負荷が接続されていないので、直結リレーＩＳＲＢを接続してもスパークが発生しないので、直結リレーＩＳＲＢを接続することが許可される。

次に、車両の電源装置の各構成の詳細についてさらに説明する。
（車両の電源装置の詳細な構成）
以下の実施の形態では車両がハイブリッド車両である場合について説明するが、本発明の車両はハイブリッド車両に限定されず、車両は電気自動車や燃料電池自動車であっても良い。

図１を参照して、車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、駆動輪６とを含む。

車両１００は、蓄電装置Ｂと、システムメインリレーＳＭＲと、コンバータ１０と、インバータ２１，２２と、制御装置５０と、表示部１０４と、電力変換装置３０と、車内コンセント３５と、充電インレット６０とをさらに含む。

車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を動力源として走行するハイブリッド車両である。エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２が発生した駆動力は、駆動輪６へ伝達される。

エンジン２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの燃料を燃焼させて動力を出力する内燃機関である。エンジン２は、スロットル開度（吸気量）や燃料供給量、点火時期などの運転状態を制御装置５０からの信号によって電気的に制御可能に構成されている。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、３相交流同期電動機である。モータジェネレータＭＧ１は、エンジン２によって駆動される発電機として用いられるとともに、エンジン２を始動することが可能な回転電機としても用いられる。モータジェネレータＭＧ１が発電することによって得られる電力をモータジェネレータＭＧ２の駆動に用いることができる。また、モータジェネレータＭＧ１が発電することによって得られる電力を車両１００に接続される外部機器へ供給することができる。モータジェネレータＭＧ２は、主として車両１００の駆動輪６を駆動する回転電機として用いられる。

動力分割装置４は、たとえば、サンギヤ、キャリア、リングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車機構を含む。サンギヤは、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。キャリアは、エンジン２のクランクシャフトに連結される。リングギヤは、駆動軸に連結される。動力分割装置４は、エンジン２の駆動力をモータジェネレータＭＧ１の回転軸に伝達される動力と、駆動軸に伝達される動力とに分割する。駆動軸は、駆動輪６に連結される。また、駆動軸は、モータジェネレータＭＧ２の回転軸にも連結される。

蓄電装置Ｂは、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池、あるいはキャパシタなどによって構成される。蓄電装置Ｂは、コンバータ１０へ電力を供給し、また、電力回生時には、コンバータ１０からの電力によって充電される。

システムメインリレーＳＭＲは、蓄電装置Ｂとコンバータ１０との間に設けられる。システムメインリレーＳＭＲは、蓄電装置Ｂと電気システムとの電気的な接続／遮断を行なうためのリレーであり、制御装置５０によってオン／オフ制御される。

コンバータ１０は、蓄電装置Ｂから与えられる正極線ＰＬ１の電圧を昇圧して正極線ＰＬ２に出力し、インバータ２１，２２へ供給する。また、コンバータ１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電されインバータ２１，２２で整流された正極線ＰＬ２の電圧を降圧して正極線ＰＬ１に出力し、蓄電装置Ｂを充電する。

インバータ２１，２２は、コンバータ１０から供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する。なお、コンバータ１０をなくして蓄電装置Ｂの電圧が直接モータジェネレータＭＧ１およびＭＧ２に供給される構成としてもよい。

充電インレット６０は、車両１００の電力を外部負荷や家庭等へ給電するための給電口と、外部電源から車両１００を充電するための充電口を兼用可能に構成される。プロキシメトリディテクション信号ＰＩＳＷは、外部機器に接続されるケーブルのコネクタが充電インレット６０に嵌合されているか否かを車両側で検出するための信号である。コントロールパイロット信号ＣＰＬＴは、コネクタがインレットに接続されているか否かを示すとともに、電力ケーブルの容量などを通信するための信号である。

電力変換装置３０は、充電インレット６０に接続される外部機器（図示せず）との間で電力を授受可能に構成される。さらに、電力変換装置３０は、車室内に設けられる車内コンセント３５に接続される電機機器へ電力を供給可能に構成される。電力変換装置３０は、充電インレット６０と、車内コンセント３５と、システムメインリレーＳＭＲおよびコンバータ間の正極線ＰＬ１，負極線ＮＬとに接続される。なお、電力変換装置３０は、蓄電装置ＢおよびシステムメインリレーＳＭＲ間の電力線に接続されてもよい。電力変換装置３０は、充電器３１と、ＡＣ１００Ｖインバータ３２と、リレー３８およびリレーＯＳＲとを含む。

充電器３１は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して充電インレット６０に接続され、リレー３８を介して正極線ＰＬ１，負極線ＮＬに接続される。充電器３１は、制御装置５０からの制御信号に基づいて、充電インレット６０に接続された外部電源装置から供給される充電電力を蓄電装置Ｂの電圧レベルに変換して蓄電装置Ｂへ出力し、蓄電装置Ｂを充電する。以下では、外部機器の電力による蓄電装置Ｂの充電を「外部充電」とも称する。

充電インレット６０は、車両用電力コネクタ（ＶＰＣ：Vehicle Power Connector）１１０にも接続可能に構成される。ＶＰＣ１１０は、コネクタ着脱ボタン１１５と、負荷接続用コンセント１３５と、給電開始指令スイッチ１１６とを含む。

ＡＣ１００Ｖインバータ３２は、入力側が正極線ＰＬ１，負極線ＮＬに接続され、出力側がリレーＯＳＲと電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２とを介して充電インレット６０に接続される。さらに、ＡＣ１００Ｖインバータ３２は、出力側がリレーＩＳＲを経由して車内コンセント３５にも接続される。

ＡＣ１００Ｖインバータ３２は、蓄電装置Ｂの蓄電電力をＶＰＣ１１０のコンセント１３５または車内コンセント３５に接続された電機機器へ供給する供給電力に変換し、変換された電力を電機機器へ出力する。

ＡＣ１００Ｖインバータ３２は、常用モードの放電時および非常用モードでは、蓄電装置Ｂの蓄電電力およびモータジェネレータＭＧ１の発電電力の少なくとも一方を供給電力に変換し、充電インレット６０に接続されたＶＰＣ１１０を経由して変換された電力を家屋や負荷等へ出力することができる。ＡＣ１００Ｖインバータ３２では、制御装置５０からの制御信号に基づいて電圧や上限電流が決定される。

本明細書では、蓄電装置Ｂの電力およびモータジェネレータＭＧ１の発電電力の少なくとも一方を車両から車両外部の負荷や家庭に出力することを「給電」と称する。

リレー３８およびリレーＯＳＲは、制御装置５０からの制御信号に基づいて開閉する。リレー３８は、外部からの充電時に閉成され、外部への給電時に開放される。リレーＯＳＲは、外部からの充電時に開放され、外部への給電時に閉成される。

電力変換装置３０は、さらに、リレーＩＳＲと、電流センサ３７とを含む。リレーＩＳＲは、抵抗付リレーＩＳＲＰと、直結リレーＩＳＲＢ，ＩＳＲＧとを含む。抵抗付リレーＩＳＲＰは、電源ラインＡＣＯＬ１と電源ラインＡＣＯＬ３との間に接続される。直結リレーＩＳＲＢは、抵抗付リレーＩＳＲＰと並列的に設けられ、電源ラインＡＣＯＬ１と電源ラインＡＣＯＬ３との間に接続される。直結リレーＩＳＲＧは、電源ラインＡＣＯＬ２と電源ラインＡＣＯＬ４との間に接続される。

電源ラインＡＣＯＬ３と電源ラインＡＣＯＬ４は、リレーＩＳＲと車内コンセント３５を接続する電源ライン対である。電流センサ３７は、電源ラインＡＣＯＬ３に流れる電流ＩＡＣを検出する。なお、電流センサ３７は、車内コンセント３５を通過する電流を検出するものであれば、他の場所、たとえば電源ラインＡＣＯＬ４や、リレーＩＳＲのＩＣＯＬ１，ＡＣＯＬ２の接続部分の近くに設けてもよい。

スイッチ３６は、車内コンセント３５を利用しようとした場合にユーザが押すスイッチである。

制御装置５０は、アクセル開度やブレーキ踏込量、車両速度等に基づいて駆動輪６に伝達される目標駆動力を決定する。そして、制御装置５０は、効率良く目標駆動力を出力することができる運転状態になるように、エンジン２、およびモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を制御する。さらに、制御装置５０は、充電インレット６０に外部負荷または外部電源が接続されると、電力変換装置３０およびリレー３８およびリレーＯＳＲを制御することによって、外部からの充電と外部への給電を切替えて実行する。

さらに、制御装置５０は、ユーザがスイッチ３６を押した場合に車内コンセント３５に負荷が接続されているか否かを判断し、負荷が接続されていない場合にリレーＩＳＲを直結状態に制御する。このような制御によりリレーＩＳＲが接続された瞬間に負荷に流れる電流によってスパークが発生してリレーが溶着することが予防される。

図２は、ＶＰＣ１１０から電力を放電開始する処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから呼び出されて実行される。図１、図２を参照して、ステップＳ１において、制御装置５０は、ＶＰＣ１１０が充電インレット６０に接続されているか否かを判断する。ステップＳ１において、ＶＰＣ１１０が接続されていないと判断された場合には、ステップＳ６に処理が進められ、制御はメインルーチンに移される。ステップＳ１において、ＶＰＣ１１０が接続されていると判断された場合には、ステップＳ２に処理が進められる。ステップＳ２では、ＶＰＣ１１０での給電要求操作の有無、すなわち、スイッチ３６が押されたか否かが判断される。

ステップＳ２において、給電操作要求がない場合には、ステップＳ６に処理が進められ、制御はメインルーチンに移される。ステップＳ２において給電操作要求があった場合には、ステップＳ３に処理が進められる。ステップＳ３では、リレーＯＳＲがＯＦＦ状態からＯＮ状態に変更される。そして、ステップＳ４において、ＡＣ１００Ｖインバータ３２が起動され、インバータ３２から電力が出力される。そして、ステップＳ５においてＶＰＣ１１０から放電が開始された後、ステップＳ６に処理が進められ、制御はメインルーチンに移される。

図３は、ＶＰＣ１１０から電力を放電中に車内コンセント３５からの給電も開始する処理を説明するためのフローチャートである。

図１、図３を参照して、ステップＳ２１においては、ＶＰＣ１１０から放電中であるか否かが判断される。ステップＳ２１においてＶＰＣ１１０から放電中でないと判断された場合はステップＳ３１に処理が進められる。この場合には、インバータ３２は起動されていないので、リレーＩＳＲを接続し車内コンセント３５を有効にしてもリレーＩＳＲに電流が流れないのでリレーが溶着する心配はない。

一方、ステップＳ２１においてＶＰＣ１１０から放電中であると判断された場合はステップＳ２２に処理が進められる。ステップＳ２２では、車内コンセント３５を有効にするスイッチ３６の操作の有無が判断される。ステップＳ２２において、スイッチ３６操作がなかった場合には、ステップＳ３１に処理が進められる。ステップＳ２２においてスイッチ３６の操作があった場合には、ステップＳ２３に処理が進められる。

ステップＳ２３では、リレーＩＳＲの接続が変更される。ＩＳＲＢはＯＦＦ状態とされ、ＩＳＲＧがＯＮ状態に設定される。この状態からＩＳＲＰがＯＮ状態に設定される。ＩＳＲＰは抵抗付リレーであるので、車内コンセント３５に負荷が接続されて電流が流れる状態になっていても、抵抗によって電流が制限される。したがって、リレーＩＳＲに溶着が発生する心配はない。そして、電流センサ３７によって電源ラインＡＣＯＬ３に流れる電流ＩＡＣが検出される。

ステップＳ２４では、電流ＩＡＣがしきい値よりも大きいか否かが判断される。このしきい値は、車内コンセント３５に負荷が接続されているか否かを判断するためのしきい値であり、リレーＩＳＲや電流センサ３７の性能などに基づいて適宜設定される。

ステップＳ２４において、ＩＡＣがしきい値よりも小さければ、車内コンセント３５に負荷は接続されていないので、リレーＩＳＲを直結状態にしてもリレーＩＳＲに電流が流れないのでリレーが溶着する心配はない。したがってこの場合にはステップＳ２７に処理が進められる。

ステップＳ２４において、ＩＡＣがしきい値より大きければ、車内コンセント３５に負荷が接続されているので、リレーＩＳＲを直結状態にするとリレーＩＳＲに電流が流れリレーが溶着するおそれがある。したがってこの場合にはステップＳ２５に処理が進められる。

ステップＳ２５では、制御装置５０は、表示部１０４等を用いてＶＰＣ１１０からの放電が一時停止可能か否かをユーザに問い合わせ、ユーザからの回答を得る。ユーザの回答が一時停止可能であった場合には、ステップＳ２６に処理が進められ、一時停止可能でない場合にはステップＳ２９に処理が進められる。

なお、ステップＳ２５の問い合わせ処理は、たとえばＶＰＣから給電を受けている機器等（たとえば炊飯器や家屋など）が車両からの問い合わせ信号に対して自動的に返信するものであってもよい。

ステップＳ２６では、ＡＣ１００Ｖインバータ３２に出力が一時停止される。これによって、車内コンセント３５に負荷が接続されていてもリレーＩＳＲを接続する際に電流が流れることはない。そこで、ステップＳ２７においてリレーＩＳＲを直結状態に変更する。すなわち、ＩＳＲＧ，ＩＳＲＢをともにＯＮ状態に設定し、ＩＳＲＰをＯＦＦ状態に設定する。その後ステップＳ２８においてＡＣ１００Ｖインバータ３２が再駆動され、外部給電が再開されるとともに、車内コンセント３５からの給電も開始される。

一方、ステップＳ２５からステップＳ２９に処理が進められた場合には、車内コンセントを有効にするスイッチ３６のＯＮ操作がキャンセルされる。そして、ステップＳ３０において制御装置５０は車内コンセント３５から負荷を抜いてスイッチ３６を再操作するようにユーザを促す。たとえば、表示部１０４にその旨のメッセージが表示される。

ステップＳ２８またはステップＳ３０の処理が完了すると、ステップＳ３１に処理が進められ制御はメインルーチンに戻される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、外部給電を実行中にリレーの溶着故障を発生させることなく車内コンセントからの給電も開始させることができる。

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、上記した実施の形態の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。

２ エンジン、４ 動力分割装置、６ 駆動輪、１０ コンバータ、２１，２２，３２ インバータ、３０ 電力変換装置、３１ 充電器、３５ 車内コンセント、３６ 操作スイッチ、３７ 電流センサ、３８，ＩＳＲ，ＯＳＲ リレー、５０ 制御装置、６０ 充電インレット、１００ 車両、１０４ 表示部、１１５ コネクタ着脱ボタン、１１６ 給電開始指令スイッチ、１３５ 負荷接続用コンセント、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線、ＡＣＯＬ１，ＡＣＯＬ２，ＡＣＯＬ３，ＡＣＯＬ４ 電源ライン、Ｂ 蓄電装置、ＩＳＲＢ，ＩＳＲＧ 直結リレー、ＩＳＲＰ 抵抗付リレー、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＮＬ 負極線、ＰＬ１，ＰＬ２ 正極線、ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (1)

1. 充電インレットと、
   蓄電装置と、
   前記蓄電装置と前記充電インレットとの間に設けられ、前記蓄電装置の電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記充電インレットと前記インバータとの間に設けられた第１のリレーと、
   前記第１のリレーと前記インバータとを結ぶ第１の経路から交流電力を出力するための車内コンセントと、
   前記第１の経路と前記車内コンセントとの間に設けられた第２のリレーと、
   前記車内コンセントを通過する電流を検出する電流センサと、
   前記車内コンセントを使用する要求を入力する操作部と、
   前記第１のリレーおよび前記第２のリレーを制御する制御部とを備え、
   前記第２のリレーは、
   抵抗付リレーと、
   前記抵抗付リレーに並列に設けられた直結リレーとを含み、
   前記制御部は、前記インバータによって前記蓄電装置から前記充電インレットを経由して車両外部に電力を供給している場合に前記操作部から前記要求が入力されたときには、前記抵抗付リレーを導通させ、前記電流センサが電流を検出しなければ前記直結リレーを導通させる、車両の電源装置。

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