JP6187377B2 - 車両の充電装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の充電装置に関し、特に、車両外部から車載の蓄電装置に充電が可能に構成された車両の充電装置に関する。

電気自動車や、プラグインハイブリッド自動車は、車両外から車載のバッテリに充電が可能に構成されている。特開２０１１−０１５５２０号公報（特許文献１）は、車両の充電システムを開示する。この車両の充電システムは、バッテリが搭載された車両と、外部電源と、外部電源および車両を接続する充電ケーブルを含んで構成される。車両は、充電口（充電インレット）と、メインバッテリと、補機バッテリと、メインバッテリおよび充電口の間に設けられた充電器とを含む。

特開２０１１−０１５５２０号公報 特開２０１１−０７２０８８号公報

充電器の内部では、ＡＣ−ＤＣ変換器によって車両外部から与えられた交流電力が直流電力に変換される。直流電力は、コンデンサによって平滑化される。特開２０１１−０１５５２０号公報（特許文献１）に開示された技術では外部から供給される電力はコンデンサによって平滑化できる程度に安定であることが前提となっている。

しかし、車両外部から与えられる交流電力は、さまざまな種類のものが考えられる。例えば、屋外に設置される発電機からの電力や、電源の供給が安定しない国などの商用電源からの電力の場合は、入力電源電圧や電源周波数が変動する可能性がある。電源電圧が低下したり、電源周波数が低くなったりすると、直流に変換されたコンデンサの電圧が低下し、充電器が充電を停止することが考えられる。充電器が充電を停止すると、予定されていた距離を車両が走行することができない可能性がある。また、車両の蓄電装置を、非常用の電源として利用する場合もあり、このような場合に備えて、少しでも多くの電力が蓄電装置に充電されることが好ましい。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部から供給される電力の状態、たとえば電源電圧または電源周波数に変動が生じても、充電を継続できる車両の充電装置を提供することである。

この発明は、車両の充電装置であって、充電口と、充電口から受ける交流電力を直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換部と、ＡＣ−ＤＣ変換部によって変換された直流電力を平滑化するコンデンサと、コンデンサの電圧を変換して蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣ変換部と、ＤＣ−ＤＣ変換部を制御する制御部とを備える。制御部は、充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、ＤＣ−ＤＣ変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。

ここで、「充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化」する場合とは、「充電口に車両外部から供給される交流電力の周波数が所定のしきい値よりも低く」なる場合と、「充電口に車両外部から供給される交流電力の電圧が所定のしきい値よりも低く」なる場合と、「平滑化するコンデンサの電圧が所定のしきい値よりも低く」なる場合とを含む。

上記の構成によれば、充電口に車両外部から供給される電力の状態が良くない場合、たとえば、電圧が低下したり、周波数が変動したりした場合であっても、直ちに給電が停止されるのではなく、小電力であっても蓄電装置への充電または補機負荷への電力供給が継続できる可能性が高まる。

好ましくは、車両の充電装置は、充電口に外部から供給される交流電力の周波数を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した周波数が所定のしきい値より低い場合には、ＤＣ−ＤＣ変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。

上記の構成によれば、外部から供給される交流電力の周波数が低下した場合に、出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。

好ましくは、車両の充電装置は、充電口に外部から供給される交流電力の電圧を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、ＤＣ−ＤＣ変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。

上記の構成によれば、外部から供給される交流電力の電圧が低下した場合に、出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。

好ましくは、車両の充電装置は、コンデンサの電圧を検知する検知部をさらに備える。制御部は、検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、ＤＣ−ＤＣ変換部から蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる。

外部から供給される交流電力の電圧が低下した場合や周波数が低下した場合などには、コンデンサの電圧が低下する。したがって、コンデンサの電圧低下を検出して出力電流を低減させることにより、車両の充電装置は、蓄電装置および補機負荷のいずれか一方への電力供給を継続させることができる。

好ましくは、ＤＣ−ＤＣ変換部は、コンデンサの電圧を変換して蓄電装置に供給する第１ＤＣ−ＤＣ変換器と、コンデンサの電圧を変換して補機負荷に供給する第２ＤＣ−ＤＣ変換器とを含む。制御部は、第２ＤＣ−ＤＣ変換器が起動中の時には、第２ＤＣ−ＤＣ変換器を停止させることによってＤＣ−ＤＣ変換部から補機負荷への出力電流を低減させ、制御部は、第２ＤＣ−ＤＣ変換器が停止中の時には、第１ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電流を低減することによってＤＣ−ＤＣ変換部から蓄電装置への出力電流を低減させる。

上記の構成によれば、外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化した場合に、補機負荷に電力を供給中であれば補機負荷への電力供給を停止させて蓄電装置への充電を継続させる一方で、補機負荷に電力を供給中でなければ蓄電装置への充電電力を減らしつつ、蓄電装置への充電を継続させることができる。

本発明によれば、外部から供給される電力の状態が悪い場合でも、蓄電装置への充電や補機負荷への電力供給が中断されない可能性が高くなる。このため、走行可能距離が予定より短かくなったり、補機負荷が使えなくなったりすることが発生しにくくなる。

実施の形態１の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。 外部電源から与えられる電力の状態が悪化する例を説明するための図である。 実施の形態１において充電ＥＣＵ３０が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態１の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。 実施の形態２において充電ＥＣＵ３０が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２の変形例の制御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。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。図１を参照して、車両の充電装置１は、充電インレット６と、電源センサ７とを含む。

充電インレット６には充電コネクタ４が接続され、外部電源２から充電ケーブル３を経由して交流電力が供給される。電源センサ７は、車両外部から供給された交流電力の電圧ＶＡＣ及び周波数ｆＡＣを検出する。

車両の充電装置１は、さらに、入力フィルタ８と、ＡＣ−ＤＣ変換器１０と、電圧センサー１２と、平滑コンデンサ１４と、ＤＣ−ＤＣ変換部１５と、出力フィルタ１８と、充電ＥＣＵ３０とを含む。ＤＣ−ＤＣ変換部１５は、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６を含む。

入力フィルタ８は、外部電源２から入力される交流電力からノイズ成分を除去するとともに、外部電源２に車両からノイズを漏洩させないようにする。ＡＣ−ＤＣ変換器１０は、充電インレット６から受ける交流電力を直流に変換するとともに昇圧を行なう。コンデンサ１４は、ＡＣ−ＤＣ変換器１０によって変換された直流電力を平滑化する。メインＤＣ−ＤＣ変換器１６は、コンデンサ１４の電圧をたとえば２００Ｖ程度の充電電圧に変換して出力フィルタ１８を経由して高圧バッテリ３６に供給する。出力フィルタ１８は、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６のスイッチングノイズなどを除去する。高圧バッテリ３６はシステムメインリレー３８によってモータなどを含む車両駆動装置４０に接続される。

外部電源２から与えられる交流電力は、さまざまな種類のものが考えられる。例えば、屋外に設置される太陽光発電、風力発電、エンジン発電などの発電機からの電力や、電源の供給が安定しない国などの商用電源からの電力の場合は、入力電源電圧ＶＡＣや電源周波数ｆＡＣが変動する可能性がある。

図２は、外部電源から与えられる電力の状態が悪化する例を説明するための図である。図２を参照して、上段に示すように、周波数が予定されている値よりも小さい場合には、整流波形の谷部分が拡大し、平滑コンデンサ１４では谷部分の十分な補完ができなくなる。したがって、入力電圧ＶＨが整流波形の山部分と補完できない谷部分で上下に変動するので、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６は動作を停止してしまう。

また、下段に示すように、電圧が予定されている値よりも低い場合には、ＡＣ−ＤＣ変換器１０が目標電圧まで昇圧しきれずに、電圧ＶＨが全体的に低下し必要な電圧ＶＨが得られなくなってしまう。この場合にも、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６は動作を停止してしまう。

すなわち、電源電圧ＶＡＣが低下したり、電源周波数ｆＡＣが低くなったりすると、直流に変換されたコンデンサの電圧ＶＨが低下または変動し、充電装置１が充電を正常に継続できなくなる可能性がある。

しかし、そのような場合に直ちに充電装置１の動作を停止させるのでは、高圧バッテリ３６の充電不足によって、車両が予定されていた距離を走行することができない可能性がある。また、高圧バッテリ３６を、車両外部に給電するための非常用の電源として利用する場合もあり、このような場合に備えて、少しでも多くの電力を高圧バッテリ３６に充電することが好ましい。

そこで、本実施の形態においては、充電ＥＣＵ３０は、充電インレット６に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、ＤＣ−ＤＣ変換部１５から高圧バッテリ３６への出力電流を低減させる。出力電流の低減は、たとえば、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６のスイッチングのデューティー比を下げることによって制御できる。そのように制御することによって、電圧ＶＨの低下が緩和されるので、充電装置１が高圧バッテリ３６への充電を継続させることが可能となる。

図３は、実施の形態１において充電ＥＣＵ３０が実行する充電制御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Ｓ１において、電力を制限しない通常充電が実行される。そして、ステップＳ２おいて、電圧ＶＨがしきい値よりも低下したか否かが判断される。電圧ＶＨがしきい値よりも低下していない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ３に処理が進められ、充電ＥＣＵ３０は、現在の状態の充電を継続させる。

一方、電圧ＶＨがしきい値よりも低下した場合には（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ４に処理が進められ、充電ＥＣＵ３０は、高圧バッテリ３６への充電電流を低減する。充電電流を低減するために、充電ＥＣＵ３０は、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６のスイッチングのデューティー比を低下させる。

続いて、ステップＳ５において、充電ＥＣＵ３０は、低減させた後の電力がメインＤＣ−ＤＣ変換器１６の出力可能な最小電力以下となったか否かを判断する。低減させた後の電力がまだ最小電力以下になっていない場合には（ステップＳ５でＮＯ）、再びステップＳ２に処理が戻される。一方、最小電力以下になった場合には（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ６に処理が進められる。ステップＳ６では、高圧バッテリ３６への充電が停止され、ステップＳ７で処理が終了となる。

図４は、実施の形態１の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。図３に示した例では、電圧ＶＨを観測することによって外部から供給される電源の品質劣化を検出したが、図４に示す例では、充電インレット６に設けられた電源センサ７で電源の品質劣化を検出する。

図１、図４を参照して、充電ＥＣＵ３０は、ステップＳ２１において、電圧ＶＡＣがしきい値よりも低い、または、周波数ｆＡＣがしきい値よりも低い、という条件が成立したか否かを判断する。この条件が成立しない場合には（ステップＳ２１でＮＯ）、ステップＳ２５に処理が進められ、通常通りの充電（電力を制限しない充電）が実行される。一方、この条件が成立した場合には（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ２２に処理が進められる。

ステップＳ２２では、高圧バッテリ３６への充電電流が低減される。充電電流を低減するために、充電ＥＣＵ３０は、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６のスイッチングのデューティー比を低下させる。

続いて、ステップＳ２３において、充電ＥＣＵ３０は、電圧ＶＨがしきい値よりも低下しているか否かを判断される。電圧ＶＨがしきい値よりも低下していない場合には（ステップＳ２でＮＯ）、ステップＳ２５に処理が進められ、充電電力が低減された状態で充電が実行される。

一方、電圧ＶＨがしきい値よりも低下している場合には（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４に処理が進められ、高圧バッテリ３６への充電は停止される。

図４で示すように、外部から与えられる電力の電圧や周波数を検出した結果から充電電流を低減するか否かを決めてもよい。この場合でも、バッテリへの充電が継続される可能性が高まる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、充電装置が高圧バッテリ３６のみに電力を供給する場合について説明した。しかし、高圧バッテリ３６の充電中に補機バッテリへの充電が行なわれたり、一部の補機負荷への電力供給が行なわれたりする場合もある。実施の形態２ではそのような場合における制御について説明する。

図５は、実施の形態２の車両の充電装置の構成を示したブロック図である。図５に示す車両の充電装置１００は、図１に示した充電装置１の構成において、ＤＣ−ＤＣ変換部１５に代えてＤＣ−ＤＣ変換部１１５を含む。ＤＣ−ＤＣ変換部１１５は、コンデンサ１４の電圧を変換して高圧バッテリ３６および補機負荷３４の少なくとも一方に供給することが可能に構成されている。具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換部１１５は、互いに独立に制御可能な、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６と、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０とを含む。

メインＤＣ−ＤＣ変換器１６は、コンデンサ１４の電圧を充電電圧に変換して出力フィルタ１８を経由して高圧バッテリ３６に供給する。サブＤＣ−ＤＣ変換器２０は、コンデンサ１４の電圧を変換して補機バッテリ３２および補機負荷３４に供給する。

充電装置１００の他の構成は、図１に示した充電装置１と同様であるので、ここでは説明は繰り返さない。

このような構成では、補機負荷３４への電力供給を制限することにより、電圧ＶＨの低下が防止され高圧バッテリ３６への充電を継続することができる場合がある。

そこで、充電ＥＣＵ３０は、充電インレット６に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、ＤＣ−ＤＣ変換部１１５から補機負荷３４への出力電流を低減させる。

具体的には、充電ＥＣＵ３０は、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が起動中の時には、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０を停止させることによってＤＣ−ＤＣ変換部１１５から補機負荷３４への出力電流を低減させ、充電ＥＣＵ３０は、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が停止中の時には、メインＤＣ−ＤＣ変換器１６の出力電流を低減することによってＤＣ−ＤＣ変換部１１５から高圧バッテリ３６への出力電流を低減させる。これにより、電圧ＶＨの低下を防止することができる。

また、このような構成では、補機バッテリ３２の電圧が放電によって著しく低下しているような場合には、高圧バッテリ３６の充電よりも補機バッテリ３２への充電を優先させて、車両のシステムを制御するＥＣＵなどの電源を確保する必要がある。

そこで、充電ＥＣＵ３０は、補機バッテリ３２の電圧が下限しきい値以下の場合には、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０を停止させるよりも、高圧バッテリ３６への充電電流を低減することによって、電圧ＶＨの低下を防止し、補機バッテリ３２に対して充電を行なう。

図６は、実施の形態２において充電ＥＣＵ３０が実行する充電制御を説明するためのフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理は、図３に示したフローチャートの処理に加えて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理が追加されている。ステップＳ１〜Ｓ７の処理については、図３で説明しているのでここでは説明は繰り返さない。

ステップＳ２においてＶＨ＜しきい値が成立した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、ステップＳ１０１に処理が進められ、充電ＥＣＵ３０は、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中であるか否かを判断する。サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中である場合には（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が進められる。一方、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中でない場合には（ステップＳ１０１でＮＯ）、ステップＳ４に処理が進められ、高圧バッテリ３６への充電電流が低減される。

ステップＳ１０２では、充電ＥＣＵ３０は、補機バッテリ３２の電圧が下限値以下であるか否かを判断する。補機バッテリ３２の電圧が下限値以下でない場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、ステップＳ１０３において充電ＥＣＵ３０はサブＤＣ−ＤＣ変換器２０の動作を停止させる。これにより消費電力が低減し、電圧ＶＨの低下が防止される可能性があるので、ステップＳ２に処理が戻され、電圧ＶＨの判定が再び実行される。

一方、補機バッテリ３２の電圧が下限値以下である場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、ステップＳ４に処理が進められ、高圧バッテリ３６への充電電流が低減される。

図７は、実施の形態２の変形例の制御を説明するためのフローチャートである。図６に示した例では、電圧ＶＨを観測することによって外部から供給される電源の品質劣化を検出したが、図７に示す例では、充電インレット６に設けられた電源センサ７で電源の品質劣化を検出する。

なお、図７に示すフローチャートの処理は、図４に示したフローチャート処理に加えて、ステップＳ１１１〜Ｓ１１３の処理が追加されている。ステップＳ２１〜Ｓ２６の処理については、図４で説明しているのでここでは説明は繰り返さない。

図７を参照して、ステップＳ２１において電圧ＶＡＣまたは周波数ｆＡＣについての条件が成立した場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、ステップＳ１１１に処理が進められ、充電ＥＣＵ３０は、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中であるか否かを判断する。サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中である場合には（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、ステップＳ１１２に処理が進められる。一方、サブＤＣ−ＤＣ変換器２０が電力出力中でない場合には（ステップＳ１１１でＮＯ）、ステップＳ２２に処理が進められ、高圧バッテリ３６への充電電流が低減される。

ステップＳ１１２では、充電ＥＣＵ３０は、補機バッテリ３２の電圧が下限値以下であるか否かを判断する。補機バッテリ３２の電圧が下限値以下でない場合には（ステップＳ１１２でＮＯ）、ステップＳ１１３において充電ＥＣＵ３０はサブＤＣ−ＤＣ変換器２０の動作を停止させる。これにより消費電力が低減し、電圧ＶＨの低下が防止される可能性があるので、ステップＳ２３に処理が進められ、電圧ＶＨの判定が実行される。

一方、補機バッテリ３２の電圧が下限値以下である場合には（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、ステップＳ２２に処理が進められ、高圧バッテリ３６への充電電流が低減される。

実施の形態２では、外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化した場合に、補機負荷３４に電力を供給中であれば原則として補機負荷３４への電力供給を停止させることによって電圧ＶＨの低下を防止して高圧バッテリ３６への充電を継続させることができる。また、補機負荷３４に電力を供給中でなければ高圧バッテリ３６への充電電力を減らして電圧ＶＨの低下を抑制して、高圧バッテリ３６への充電を継続させることができる。

また、補機バッテリ３２の電圧が下限値以下になった場合には、補機バッテリ３２の充電が優先されるので、ＥＣＵの電源が得られなくなることによって車両の制御システムが起動できなくなることを避けることができる。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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。

１，１００ 充電装置、２ 外部電源、３ 充電ケーブル、４ 充電コネクタ、６ 充電インレット、７ 電源センサ、８ 入力フィルタ、１０ ＡＣ−ＤＣ変換器、１２ 電圧センサー、１４ 平滑コンデンサ、１５，１１５ ＤＣ−ＤＣ変換部、１６ メインＤＣ−ＤＣ変換器、１８ 出力フィルタ、２０ サブＤＣ−ＤＣ変換器、３０ 充電ＥＣＵ、３２ 補機バッテリ、３４ 補機負荷、３６ 高圧バッテリ、３８ システムメインリレー、４０ 車両駆動装置。

Claims (4)

1. 充電口と、
   前記充電口から受ける交流電力を直流に変換するＡＣ−ＤＣ変換部と、
   前記ＡＣ−ＤＣ変換部によって変換された直流電力を平滑化するコンデンサと、
   前記コンデンサの電圧を変換して蓄電装置および補機負荷の少なくとも一方に供給するＤＣ−ＤＣ変換部と、
   前記ＤＣ−ＤＣ変換部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記充電口に車両外部から供給される電力の状態が所定の状態よりも悪化したことに応じて、前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させ、
   前記ＤＣ−ＤＣ変換部は、
   前記コンデンサの電圧を変換して前記蓄電装置に供給する第１ＤＣ−ＤＣ変換器と、
   前記コンデンサの電圧を変換して前記補機負荷に供給する第２ＤＣ−ＤＣ変換器とを含み、
   前記制御部は、前記第２ＤＣ−ＤＣ変換器が起動中の時には、前記第２ＤＣ−ＤＣ変換器を停止させることによって前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記補機負荷への出力電流を低減させ、
   前記制御部は、前記第２ＤＣ−ＤＣ変換器が停止中の時には、前記第１ＤＣ−ＤＣ変換器の出力電流を低減することによって前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記蓄電装置への出力電流を低減させる、車両の充電装置。
2. 前記充電口に外部から供給される交流電力の周波数を検知する検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検知部が検知した周波数が所定のしきい値より低い場合には、前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項１に記載の車両の充電装置。
3. 前記充電口に外部から供給される交流電力の電圧を検知する検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項１に記載の車両の充電装置。
4. 前記コンデンサの電圧を検知する検知部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検知部が検知した電圧が所定のしきい値より低い場合には、前記ＤＣ−ＤＣ変換部から前記蓄電装置および前記補機負荷の少なくとも一方への出力電流を低減させる、請求項１に記載の車両の充電装置。

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