JP7205451B2 - 車両および車両の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、車両および車両の制御方法に関し、より特定的には、補機電池を搭載した車両およびその制御方法に関する。

一般に、車両には補機電池が搭載されている。補機電池に蓄えられた電力は次第に減少するので、補機電池を適宜充電することが求められる。この充電のための降圧コンバータが複数搭載された車両構成が採用され得る。

また、近年の環境意識の高まりとともに、たとえば国際公開第２０１１／００４４９３号（特許文献１）に開示されているような燃料電池車（ＦＣＶ：Fuel Cell Vehicle）の開発が進められている。

国際公開第２０１１／００４４９３号 特開２０１９－１６５５２９号公報

補機電池を充電するための降圧コンバータが２つ設けられた構成を想定する。それらの降圧コンバータを第１の降圧コンバータおよび第２の降圧コンバータと呼ぶ。補機電池を充電する際に第１および第２の降圧コンバータに同時に降圧動作を行わせることも考えられる。しかし、特定の車両構成（後述）においては、第１および第２の降圧コンバータのうちのいずれか一方をメインで使用し、他方をサブで使用する方が、第１および第２の降圧コンバータの両方を同程度に使用する（メイン／サブの区別なく使用する）よりも、車両のエネルギー消費の観点から効率的な状況が生じ得る点に、本発明者は着目した。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、第１および第２の降圧コンバータのいずれによっても補機電池を充電可能な車両構成において、車両のエネルギー利用効率を向上させることである。

（１）本開示のある局面に従う車両は、第１および第２の降圧コンバータと、電力線を伝送する電力により充電される補機電池と、第１および第２の目標電圧を第１および第２の降圧コンバータにそれぞれ出力する制御装置と、冷却システムにより冷却されるように構成された機器とを備える。第１の降圧コンバータは、機器の内部に配置され、第１の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を上記電力線に出力する。第２の降圧コンバータは、機器の外部に配置され、第２の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を上記電力線に出力する。制御装置は、機器を動作させる場合、第１の目標電圧を第２の目標電圧よりも高くする。

（２）機器は、車両の走行用モータを駆動する電力変換装置である。
（３）機器は、車両の外部から供給される電力により車両に搭載された蓄電装置を充電する充電器である。

（４）制御装置は、制御装置は、第１の目標電圧を第２の目標電圧よりも高くすることによって、第１の降圧コンバータからの出力電流が第１の降圧コンバータの最大出力電流よりも小さい場合には第２の降圧コンバータが電力線に降圧した電力を出力しないようにする一方で、第１の降圧コンバータからの出力電流が最大出力電流よりも大きい場合には第１の降圧コンバータに加えて第２の降圧コンバータが電力線に降圧した電力を出力するようにする。

詳細は後述するが、第１の目標電圧を第２の目標電圧よりも高くすると、第１の降圧コンバータからの出力電流が第１の降圧コンバータの最大出力電流よりも小さい範囲内では第２の降圧コンバータの降圧動作を停止させることができる。そうすると、冷却システムにより冷却される機器（電力変換装置または充電器など）の内部に配置された第１の降圧コンバータがメインで使用されることになる。機器の冷却に伴って第１の降圧コンバータも併せて冷却することで、第１の降圧コンバータの降圧動作におけるエネルギー損失（熱損失）を低減できる。したがって、上記（１）～（４）の構成によれば、車両のエネルギー利用効率を向上させることができる。

（５）車両は、第２の降圧コンバータを冷却する他の冷却システムをさらに備える。制御装置は、第１の降圧コンバータからの出力電流が第１の降圧コンバータの最大出力電流よりも小さい場合、上記他の冷却システムは停止させる。

第１の降圧コンバータからの出力電流が第１の降圧コンバータの最大出力電流よりも小さい場合には、第２の降圧コンバータは、その動作を停止する。したがって、上記（５）の構成によれば、第２の降圧コンバータを冷却する上記他の冷却システムを停止させることで、上記他の冷却システムのエネルギー消費を節約でき、車両のエネルギー利用効率を一層向上させることができる。

（６）本開示の他の局面に従う車両は、車両の走行用モータを駆動する電力変換装置と、車両の外部から供給される電力により車両に搭載された蓄電装置を充電する充電器と、電力変換装置を冷却する第１の冷却システムと、充電器を冷却する第２の冷却システムと、第１～第４の降圧コンバータと、第１～第４の降圧コンバータの降圧動作により充電される補機電池と、第１～第４の目標電圧を第１～第４の降圧コンバータにそれぞれ出力する制御装置とを備える。第１の降圧コンバータは、第１の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第１の電力線に出力する。第２の降圧コンバータは、第２の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第１の電力線に出力する。第３の降圧コンバータは、第３の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第２の電力線に出力する。第４の降圧コンバータは、第４の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第２の電力線に出力する。第１の降圧コンバータは、電力変換装置の内部に配置される。第２の降圧コンバータは、電力変換装置および充電器の外部に配置される。第３の降圧コンバータは、充電器の内部に配置される。第４の降圧コンバータは、電力変換装置の内部に配置される。制御装置は、電力変換装置を動作させる場合、第１の目標電圧を第２の目標電圧よりも高くし、充電器を動作させる場合、第３の目標電圧を第４の目標電圧よりも高くする。

第１の降圧コンバータと第２の降圧コンバータとの間にメイン／サブの区別を付け、かつ、第３の降圧コンバータと第４の降圧コンバータとの間にメイン／サブの区別を付ける。これにより、上記（６）の構成によれば、上記（１）の構成と同様に、電力変換装置の動作中、充電器の動作中などの車両の使用状況に応じて適宜車両のエネルギー利用効率を向上させることができる。

（７）本開示のさらに他の局面に従う車両の制御方法において、車両は、第１および第２の降圧コンバータと、電力線を伝送する電力により充電される補機電池と、冷却システムにより冷却されるように構成された機器とを備える。第１の降圧コンバータは、第１の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を電力線に出力するように構成される。第２の降圧コンバータは、第２の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を電力線に出力するように構成される。第１の降圧コンバータは、機器の内部に配置される。第２の降圧コンバータは、機器の外部に配置される。車両の制御方法は、機器を動作させるか否かを判定するステップと、機器を動作させる場合、第１の目標電圧を第２の目標電圧よりも高くするステップとを含む。

上記（７）の方法によれば、上記（１）の構成と同様に、車両のエネルギー利用効率を向上させることができる。

本開示によれば、車両のエネルギー利用効率を向上させることができる。

実施の形態１に係る車両の全体構成を概略的に示す回路ブロック図である。 降圧コンバータの回路構成の一例を示す図である。 車両のＲｅａｄｙＯＮ状態における補機バッテリの充電制御を説明するための図である。 実施の形態１における目標電圧の影響を説明するための図である。 実施の形態１における補機バッテリの充電制御を示すフローチャートである。 車両のプラグイン充電時における補機バッテリの充電制御を説明するための図である。 実施の形態２における目標電圧の影響を説明するための図である。 実施の形態２における補機バッテリの充電制御を示すフローチャートである。 変形例における補機バッテリの充電制御を示すフローチャートである。

以下、本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、その説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
＜車両の全体構成＞
図１は、実施の形態１に係る車両の全体構成を概略的に示す回路ブロック図である。図１を参照して、本実施の形態において、車両１は燃料電池車である。また、車両１は、車両１の外部から供給される電力による外部充電（いわゆるプラグイン充電）が可能にも構成されている。すなわち、車両１は、プラグイン燃料電池車（ＰＦＣＶ：Plug-in Fuel Cell Vehicle）である。ただし、車両１がＦＣＶであることは必須ではない。車両１は、燃料電池に代えてエンジンが搭載された通常のプラグインハイブリッド車両（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle）であってもよい。

車両１は、水素タンク１１と、燃料電池スタック（ＦＣスタック）１２と、リレー１３と、昇圧コンバータ１４と、ＤＣインレット２１と、ＡＣインレット２２と、充電リレー２３，２４と、充電器３と、メインバッテリ４１と、システムメインリレー（ＳＭＲ：System Main Relay）４２と、補機バッテリ５と、降圧コンバータ６１，６２と、ＰＣＵ（Power Control Unit）７と、モータジェネレータ８１と、駆動輪８２と、ＦＣ冷却システム９１と、充電器冷却システム９２と、ＰＣＵ冷却システム９３と、空調システム９４と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００と、電力線ＰＬ１～ＰＬ３とを備える。充電器３は、インバータ３１と、昇圧コンバータ３２と、降圧コンバータ３３とを含む。ＰＣＵ７は、降圧コンバータ７１，７２と、インバータ７３とを含む。

電力線ＰＬ１～ＰＬ３の各々は、所定の電圧レベル（予め定められた電圧範囲内の電圧）の電力を伝送する。電力線ＰＬ１～ＰＬ３の電圧レベルＶ１～Ｖ３は、この順に高い（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３）。一例として、電力線ＰＬ１の電圧レベルＶ１＝６５０Ｖであり、電力線ＰＬ２の電圧レベルＶ２＝３５０Ｖであり、電力線ＰＬ３の電圧レベルＶ３＝１２Ｖである。

水素タンク１１は水素を貯蔵する。図示しないが、車両１には、水素ステーションから水素の供給を受ける供給口などがさらに設けられている。

ＦＣスタック１２は、複数（たとえば数十～数百）のＦＣセルが直列に積層された構造体である。水素タンク１１に貯蔵された水素は、水素ポンプ（図示せず）によりＦＣスタック１２のアノード側に送られる。一方、ＦＣスタック１２のカソード側にはエアポンプ（図示せず）から空気が送られる。これにより、ＦＣスタック１２は、水素と空気中との酸素とを電気化学反応させることで発電する。

リレー１３は、ＦＣスタック１２と昇圧コンバータとの間に電気的に接続されている。リレー１３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って開放／閉成される。

昇圧コンバータ１４は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、ＦＣスタック１２により発電された電力の電圧を電圧レベルＶ１に昇圧する。

ＤＣインレット２１およびＡＣインレット２２の各々は、充電ステーションなどの充電設備から延びる充電ケーブルのコネクタ（図示せず）を挿入することが可能に構成されている。ＤＣインレット２１は、充電ステーションから供給される高圧の直流電力を受ける、いわゆる急速充電用の充電インレットである。ＤＣインレット２１は、充電リレー２３を介して電力線ＰＬ１に電気的に接続されている。ＡＣインレット２２は、充電ステーションから供給される交流電力を受ける、いわゆる普通充電用の充電インレットである。ＡＣインレット２２は、充電リレー２４を介して充電器３に電気的に接続されている。充電リレー２３，２４は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って開放／閉成される。

インバータ３１は、ＡＣインレット２２と昇圧コンバータ３２との間に電気的に接続されているとともに、ＡＣインレット２２と降圧コンバータ３３との間に電気的に接続されている。インバータ３１は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、充電設備からＡＣインレット２２を介して供給された交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を昇圧コンバータ３２または降圧コンバータ３３に出力する。

昇圧コンバータ３２は、インバータ３１と電力線ＰＬ１との間に電気的に接続されている。昇圧コンバータ３２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、インバータ３１からの直流電力の電圧を昇圧し、昇圧された直流電力を電力線ＰＬ１に出力する。

降圧コンバータ３３は、インバータ３１と電力線ＰＬ３との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ３３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、インバータ３１からの直流電力の電圧を降圧し、降圧された直流電力を電力線ＰＬ３に出力する。

メインバッテリ４１は、ＳＭＲ４２を介して電力線ＰＬ１に電気的に接続されている。メインバッテリ４１は、複数のセル（たとえば約２００セル）から構成された組電池を含む。組電池を構成する各セルは、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池等の二次電池である。メインバッテリ４１は、車両１の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ７に供給したり、ＰＣＵ７からの回生電力を蓄えたりする。なお、メインバッテリ４１に代えて、電気二重層キャパシタなどのキャパシタを採用してもよい。なお、メインバッテリ４１からの出力の大きさは、ＦＣスタック１２からの出力の大きさよりも小さく、たとえば１０分の１程度である。なお、メインバッテリ４１は、本開示に係る「蓄電装置」の一例である。

ＳＭＲ４２は、電力線ＰＬ１とメインバッテリ４１との間に電気的に接続されている。ＳＭＲ４２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ１にメインバッテリ４１を電気的に接続したり、電力線ＰＬ１からメインバッテリ４１を電気的に遮断したりする。

補機バッテリ５は、電力線ＰＬ３に電気的に接続されている。補機バッテリ５は、二次電池であり、たとえば鉛蓄電池である。補機バッテリ５は、車両１が備える様々な補機（図示せず）を動作させるための電力を供給する。

降圧コンバータ６１は、ＰＣＵ７の外部に配置され、かつ、電力線ＰＬ１と電力線ＰＬ２との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ６１は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ１を伝送する電力を電圧レベルＶ１から電圧レベルＶ２へと降圧し、降圧された電力を電力線ＰＬ２に出力する。

降圧コンバータ６２は、ＰＣＵ７の外部に配置され、かつ、電力線ＰＬ２と電力線ＰＬ３との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ６２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ２を伝送する電力を電圧レベルＶ２から電圧レベルＶ３へと降圧し、降圧された電力を電力線ＰＬ３に出力する。

降圧コンバータ７１は、ＰＣＵ７の内部に配置され、かつ、電力線ＰＬ１と電力線ＰＬ２との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ７１は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ１を伝送する電力を電圧レベルＶ１から電圧レベルＶ２へと降圧し、降圧された電力を電力線ＰＬ２に出力する。

降圧コンバータ７２は、ＰＣＵ７の内部に配置され、かつ、電力線ＰＬ２と電力線ＰＬ３との間に電気的に接続されている。降圧コンバータ７２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ２を伝送する電力を電圧レベルＶ２から電圧レベルＶ３へと降圧し、降圧された電力を電力線ＰＬ３に出力する。

インバータ７３は、電力線ＰＬ１とモータジェネレータ８１との間に電気的に接続されている。インバータ７３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って、電力線ＰＬ１を伝送する直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータジェネレータ８１に出力する。なお、電力線ＰＬ１とインバータ７３との間に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが設けられていてもよい。

モータジェネレータ８１は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ８１は、インバータ７３から交流電力の供給を受けて動作し、駆動輪８２を駆動する。なお、モータジェネレータ８１は、本開示に係る「走行用モータ」の一例である。

ＦＣ冷却システム９１と充電器冷却システム９２とＰＣＵ冷却システム９３とは、電力線ＰＬ２に電気的に接続されている。ＦＣ冷却システム９１は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従ってＦＣスタック１２を冷却する。充電器冷却システム９２は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って充電器３を冷却する。ＰＣＵ冷却システム９３は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従ってＰＣＵ７を冷却する。

空調システム９４は、電力線ＰＬ２に電気的に接続されている。空調システム９４は、ＥＣＵ１００からの制御指令に従って車室内の空調を行う。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリと、入出力ポート（いずれも図示せず）とを含む。ＥＣＵ１００は、センサ等からの信号に応じて、車両１が所望の状態となるように各種制御指令を出力することで機器類を制御する。ＥＣＵ１００は、機能毎に複数のユニットに分割されていてもよい。本実施の形態においてＥＣＵ１００により実行される主要な制御として、補機バッテリ５の充電制御が挙げられる。車両１には、補機バッテリ５を充電するための電力伝送経路が３系統準備されている。

第１の電力伝送経路は、電力線ＰＬ１－降圧コンバータ６１－電力線ＰＬ２－降圧コンバータ６２－電力線ＰＬ３との経路である。第１の電力伝送経路は、主としてＤＣインレット２１からのプラグイン充電時に用いられる。降圧コンバータ６１，６２を設けない構成も考えられる。しかし、その場合、たとえＤＣインレット２１からのプラグイン充電時であっても、補機バッテリ５を充電するためにはＰＣＵ７を起動して降圧コンバータ７１，７２を動作させなければならない。降圧コンバータ６１，６２を設けることで、ＰＣＵ７を起動しなくてもＤＣインレット２１からのプラグイン充電が可能になる。

第２の電力伝送経路は、電力線ＰＬ１－降圧コンバータ７１－電力線ＰＬ２－降圧コンバータ７２－電力線ＰＬ３との経路である。第２の電力伝送経路は、主として車両１のＲｅａｄｙＯＮ状態で用いられる。

第３の電力伝送経路は、ＡＣインレット２２－インバータ３１－降圧コンバータ３３－電力線ＰＬ３との経路である。第３の電力伝送経路は、主としてＡＣインレット２１からのプラグイン充電時に用いられる。

車両１にはパワースイッチ１０１がさらに設けられている。パワースイッチ１０１は、ユーザによる車両１のシステム起動操作およびシステム停止操作を受け付ける。ユーザがブレーキペダルを踏み込んだ状態でシステム起動操作を行うと、パワーオン信号がパワースイッチ１０１からＥＣＵ１００に出力される。ＥＣＵ１００は、パワーオン信号を受けると、車両１をシステム停止状態（ＲｅａｄｙＯＦＦ状態）からシステム起動状態（ＲｅａｄｙＯＮ状態）へと遷移させる。より具体的には、ＥＣＵ１００は、パワーオン信号に応答してＳＭＲ４２を開放状態から閉成状態へと切り替え、メインバッテリ４１とＰＣＵ７との間での電力の授受を可能とする。さらに、ＥＣＵ１００は、車両１のシステム初期化処理（セルフチェックなど）を実行し、システムが起動可能な状態にあるのを確認する。これにより、車両１がモータジェネレータ８１の駆動力により走行可能な状態へと移行する。

＜降圧コンバータの構成＞
車両１には、５つの降圧コンバータ３３，６１，６２，７１，７２が設けられている。各降圧コンバータ３３，６１，６２，７１，７２の回路構成は基本的に共通であるため、以下では、降圧コンバータ６１の回路構成について代表的に説明する。

図２は、降圧コンバータ６１の回路構成の一例を示す図である。図２を参照して、降圧コンバータ６１は、入力ノードＩＮ１，ＩＮ２と、ＤＣ／ＡＣ変換部６１１と、トランスＴと、整流部６１２と、出力ノードＯＵＴ１，ＯＵＴ２とを含む。

ＤＣ／ＡＣ変換部６１１は、たとえば典型的なインバータであり、４つのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４を含む。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４の各々は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などである。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とは、入力ノードＩＮ１と入力ノードＩＮ２との間に直列に接続されている。同様に、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とは、入力ノードＩＮ１と入力ノードＩＮ２との間に直列に接続されている。

整流部６１２は、たとえば、４つのダイオードＤ１～Ｄ４を含むダイオードブリッジである。ダイオードＤ１とダイオードＤ２とは、出力ノードＯＵＴ２から出力ノードＯＵＴ１へと向かう方向が順方向となるように、出力ノードＯＵＴ１と出力ノードＯＵＴ２との間に直列に接続されている。同様に、ダイオードＤ３とダイオードＤ４とは、出力ノードＯＵＴ２から出力ノードＯＵＴ１へと向かう方向が順方向となるように、出力ノードＯＵＴ１と出力ノードＯＵＴ２との間に直列に接続されている。

トランスＴの入力は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との間の中間点、および、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との間の中間点に電気的に接続されている。トランスＴの出力は、ダイオードＤ１のアノードとダイオードＤ２のカソードとの接続点、および、ダイオードＤ３のアノードとダイオードＤ４のカソードとの接続点に電気的に接続されている。

ＤＣ／ＡＣ変換部６１１においては、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ４とが対となってスイッチング動作を行い、スイッチング素子Ｑ２とスイッチング素子Ｑ３とが対となってスイッチング動作を行う。そうすると、ＤＣ／ＡＣ変換部６１１に入力された直流電力が、スイッチング動作毎に正負が反転する矩形波交流電力となってトランスＴに出力される。トランスＴは、ＤＣ／ＡＣ変換部６１１からの交流電力の電圧を変換（降圧）し、電圧変換後の交流電力を整流部６１２に出力する。整流部６１２は、トランスＴからの交流電力を整流し、直流電力に変換する。

このような回路構成を有する降圧コンバータ６１においては、整流部６１２に含まれるダイオードＤ１～Ｄ４の整流作用により、電力変換方向が図中矢印に示す単一方向に制限される。出力ノードＯＵＴ１，ＯＵＴ２から入力ノードＩＮ１，ＩＮ２に向けて電力を供給することはできない。

＜補機バッテリの充電制御＞
本実施の形態では、車両１の動作状況に応じた補機バッテリ５の充電制御が実行される。より詳細には、車両１が走行可能な状態（ＲｅａｄｙＯＮ状態）である場合と、そうでない場合（たとえば、プラグイン充電のため車両１が走行不能な状態である場合）とでは、補機バッテリ５の充電制御が異なる。実施の形態１では、車両１のＲｅａｄｙＯＮ状態における補機バッテリ５の充電制御について説明する。

図３は、車両１のＲｅａｄｙＯＮ状態における補機バッテリ５の充電制御を説明するための図である。なお、図３および後述する図６では、図が煩雑になるのを防ぐため、車両１の一部の構成要素（各種リレーおよび冷却システムなど）の図示を省略している。

図３を参照して、車両１のＤＣインレット２１およびＡＣインレット２２には充電ケーブルが挿入されておらず、かつ、ユーザによるパワーオン操作が行われて車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態に遷移した後の状況を想定する。

車両１のＲｅａｄｙＯＮ状態では、ＦＣスタック１２にて発電された電力およびメインバッテリ４１に蓄えられた電力のうちの少なくとも一方が電力線ＰＬ１に伝送される。この電力は、補機バッテリ５を充電する際、２つの電力伝送経路（第１および第２の電力伝送経路）を通って電力線ＰＬ３へと至り得る。前述のように、第１の電力伝送経路は、ＰＣＵ７の外部に配置された降圧コンバータ６１，６２を通る経路である。第２の電力伝送経路は、ＰＣＵ７の内部に配置された降圧コンバータ７１，７２を通る経路である。

電力線ＰＬ２に接続された負荷（ＦＣ冷却システム９１、ＰＣＵ冷却システム９３および空調システム９４）が大きな電力を消費して動作している場合、第１および第２の電力伝送経路のうちのいずれか一方しか用いないとすると、電力線ＰＬ２への供給電力が不足する可能性がある。そのため、第１および第２の電力伝送経路の両方が用いられる。

この場合、第１の電力伝送経路（降圧コンバータ６１）と第２の電力伝送経路（降圧コンバータ７１）とを特に区別することなく使用することも考えられる。しかし、本発明者は、検討の結果、車両１の省エネルギー性および／または車両１の制御性の観点などから、降圧コンバータ６１と降圧コンバータ７１とにメイン／サブの区別を設けることが望ましいことに想到した。

車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合には、ＰＣＵ７（より具体的にはインバータ７３）は、車両１の走行のために動作中であるか、車両１が実際の走行中でなくても車両１の走行に備えて起動している。また、ＰＣＵ７は、必要に応じてＰＣＵ冷却システム９３により冷却され得る。そのため、ＰＣＵ７の内部に配置された降圧コンバータ７１は、インバータ７３と同様に、いつでも動作可能な状態にあり、かつ、適宜冷却され得る状態にある。一方、ＰＣＵ７の外部に配置された降圧コンバータ７１は、図１にて説明したように、本来はＰＣＵ７を停止したままでも補機バッテリ５を充電可能とするために設けられたものである。このように、降圧コンバータ６１と降圧コンバータ７１とは、設置目的が異なり、それに伴い、本来想定された使用状況も異なる。

そこで、本実施の形態においては、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態であり、ＰＣＵ７が動作中である場合には、ＰＣＵ７の内部の降圧コンバータ７１をＰＣＵ７の外部の降圧コンバータ６１よりも優先的に使用する。言い換えると、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態にある場合には、降圧コンバータ７１をメインに使用し、降圧コンバータ６１をサブとして使用する。具体的には、降圧コンバータ７１の目標電圧を降圧コンバータ６１の目標電圧よりも高い値に設定することで、上記のようなメインとサブとの区別が可能である。以下では、降圧コンバータ６１の目標電圧をＶｔａｇ６１と記載する。降圧コンバータ７１の目標電圧をＶｔａｇ７１と記載する。

図４は、実施の形態１における目標電圧の影響を説明するための図である。図４において、横軸は、降圧コンバータ６１，７１から電力線ＰＬ２へと流れる負荷電流を表す。縦軸は、降圧コンバータ６１，７１から電力線ＰＬ２への出力電圧を表す。

一般に、降圧コンバータから出力可能な電流には、降圧コンバータの仕様に応じた最大値（たとえば定格電流の値）が存在する。この電流を「最大出力電流」と呼ぶ。降圧コンバータ６１の目標電圧Ｖｔａｇ６１と降圧コンバータ７１の目標電圧Ｖｔａｇ７１とが異なり、目標電圧Ｖｔａｇ７１が目標電圧Ｖｔａｇ６１よりも高い場合（Ｖｔａｇ７１＞Ｖｔａｇ６１）、図４に示すように、電力線ＰＬ２への負荷電流が降圧コンバータ７１の最大出力電流以下の範囲では、目標電圧が相対的に高い降圧コンバータ７１のみから目標電圧Ｖｔａｇ７１に降圧された電力が出力される。この間、目標電圧が相対的に低い降圧コンバータ６１に含まれるスイッチング素子Ｑ１～Ｑ４（図２参照）のスイッチング動作は継続しているものの、降圧コンバータ６１から降圧した電力（電圧Ｖｔａｇ６１の電力）が出力されることはない。

降圧コンバータ６１からの電力出力が停止する理由は以下のように説明される。降圧コンバータ７１が目標電圧Ｖｔａｇ７１に降圧された電力を出力している場合、降圧コンバータ７１の出力側と降圧コンバータ６１の出力側とは等電位であるため、降圧コンバータ６１の出力側の電圧もＶｔａｇ７１となる。しかし、降圧コンバータ６１は、ダイオードＤ１～Ｄ４の整流作用により単一方向の電力変換動作（降圧動作）しかできず、Ｖｔａｇ７１よりも低いＶｔａｇ６１の電力を出力することはできない。よって、降圧コンバータ７１の出力電流に余裕がある限り、降圧コンバータ６１は、電力の出力を行わない。

しかし、降圧コンバータ７１からの出力電流が降圧コンバータ７１の最大出力電流を超えた場合、降圧コンバータ７１からは、それ以上の電流を出力できない。そうすると、降圧コンバータ７１だけでなく降圧コンバータ６１からも電力が出力されるようになる。既に限界で動作中の降圧コンバータ７１からの出力電圧は、降圧コンバータ６１からの出力電圧に追従する。そして、降圧コンバータ６１，７１は、相対的に低い目標電圧Ｖｔａｇ６１での降圧動作を行うようになる。

このように、本実施の形態では、降圧コンバータ７１の目標電圧Ｖｔａｇ７１を降圧コンバータ６１の目標電圧Ｖｔａｇ６１よりも高く設定する。これにより、電力線ＰＬ２に接続された負荷が消費する電流を降圧コンバータ７１だけで供給可能な場合は、降圧コンバータ７１のみから電力を出力し、降圧コンバータ６１からの電力出力を停止させることができる。さらに、必要な電流を降圧コンバータ７１だけでは供給できなくなると、電流不足分を降圧コンバータ６１が補うようになるので、電流需要を満たすことができる。

＜充電制御フロー＞
図５は、実施の形態１における補機バッテリ５の充電制御を示すフローチャートである。図５ならびに後述する図８および図９に示すフローチャートは、たとえば、予め定められた条件の成立時または制御周期が経過する毎に実行される。これらのフローチャートに含まれる各ステップは、基本的にはＥＣＵ１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ１００内に作製された専用のハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。以下、ステップを「Ｓ」と略す。

図５を参照して、Ｓ１１において、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電が必要か否かを判定する。ＥＣＵ１００は、たとえば、補機バッテリ５の電圧が規定電圧を下回った場合に、補機バッテリ５の容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が減少しているとして補機バッテリ５の充電が必要と判定する。あるいは、ＥＣＵ１００は、所定の時間が経過する度に（すなわち定期的に）補機バッテリ５の充電が必要と判定してもよい。補機バッテリ５の充電が不要である場合（Ｓ１１においてＮＯ）には、処理がメインルーチンに戻される。

補機バッテリ５の充電が必要である場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ１２に進め、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態であるかどうかを判定する。車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、降圧コンバータ７１の目標電圧Ｖｔａｇ７１を降圧コンバータ６１の目標電圧Ｖｔａｇ６１よりも高く設定する（Ｖｔａｇ７１＞Ｖｔａｇ６１）（Ｓ１３）。そして、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電を開始するように、降圧コンバータ６１，６２，７１，７２を制御する（Ｓ１４）。

なお、実施の形態１では、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態でない場合（Ｓ１２においてＮＯ）、すなわち、車両１がＲｅａｄｙＯＦＦ状態である場合には、処理がメインルーチンに戻される。この場合、ＥＣＵ１００は、図示しないフロチャートに従って、目標電圧Ｖｔａｇ６１と目標電圧Ｖｔａｇ７１とを等しく設定した上で補機バッテリ５を充電してもよい（Ｖｔａｇ６１＝Ｖｔａｇ７１）。

以上のように、実施の形態１においては、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合に、ＥＣＵ１００は、ＰＣＵ７の内部に配置された降圧コンバータ７１の目標電圧をＰＣＵ７の外部に配置された降圧コンバータ６１の目標電圧よりも高い値に設定する。これにより、降圧コンバータ７１の電流供給能力を超えない限りは降圧コンバータ７１のみに電力出力を行わせ、降圧コンバータ６１からの電力出力を停止させることができる。

車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合、ＰＣＵ７は既に起動しているため、補機バッテリ５の充電を目的にＰＣＵ７を起動させる状況は起こらない。よって、車両１における制御性の低下を回避できる。さらに、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合には、ＰＣＵ７の冷却も必要に応じて行われるため、降圧コンバータ７１で発生するエネルギー損失（熱損失）も低減できる。したがって、車両１におけるエネルギー効率を向上させることができる。

なお、実施の形態１では、ＰＣＵ７が本開示に係る「機器」に相当し、ＰＣＵ冷却システム９３が本開示に係る「冷却システム」に相当する。また、降圧コンバータ７１および降圧コンバータ６１が本開示に係る「第１の降圧コンバータ」および「第２の降圧コンバータ」にそれぞれ相当する。電力線ＰＬ２が本開示に係る「電力線」に相当する。なお、補機バッテリ５は、電力線ＰＬ２から降圧コンバータ６２，７２を介して電力線ＰＬ３へと伝送された電力により充電されるが、このような充電態様であっても「補機バッテリ５は、電力線ＰＬ２を伝送する電力により充電される」と言える。

［実施の形態２］
実施の形態１では、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合の補機バッテリ５の充電制御について説明した。実施の形態２においては、車両１のプラグイン充電が行われる場合の補機バッテリ５の充電制御について説明する。なお、実施の形態２における車両１の構成は、実施の形態１における車両１の構成（図１参照）と同様である。

図６は、車両１のプラグイン充電時における補機バッテリ５の充電制御を説明するための図である。図６を参照して、ＡＣインレット２２に充電ケーブル（図示せず）が挿入され、充電設備からＡＣインレット２２を介して交流電力が供給可能な状況を想定する。

車両１のプラグイン充電時にも２つの電力供給経路、具体的には前述の第２および第３の電力伝送経路が準備される。第２の電力伝送経路は、ＰＣＵ７の内部に配置された降圧コンバータ７１，７２を通る経路である。第３の電力伝送経路は、充電器３の内部に配置されたインバータ３１および降圧コンバータ３３を通る経路である。実施の形態２においては、第３の電力伝送経路（降圧コンバータ３３）がメインとなり、第２の電力伝送経路（降圧コンバータ７２）がサブとなるように、降圧コンバータ３３の目標電圧Ｖｔａｇ３１が降圧コンバータ３３の目標電圧Ｖｔａｇ７２よりも高く設定される（Ｖｔａｇ３３＞Ｖｔａｇ７２）。

図７は、実施の形態２における目標電圧の影響を説明するための図である。図７において、横軸は、降圧コンバータ３３，７２から電力線ＰＬ３へと流れる負荷電流を表す。縦軸は、降圧コンバータ３３，７２の出力電圧（補機バッテリ５の充電電圧）を表す。

図７を参照して、目標電圧Ｖｔａｇ３３が目標電圧Ｖｔａｇ７２よりも高い場合、負荷電流が降圧コンバータ３３の最大出力電流に達するまでの間は、目標電圧が相対的に高い降圧コンバータ３３のみが目標電圧Ｖｔａｇ３３で降圧動作を行い、電力を出力する。この間、目標電圧が相対的に低い降圧コンバータ７２は、スイッチング動作を継続しているものの電力出力は停止している。降圧コンバータ３３からの出力電流が降圧コンバータ３３の最大出力電流に達して以降は、降圧コンバータ３３，７２の両方が相対的に低い目標電圧Ｖｔａｇ７２の電力出力を行う。

図８は、実施の形態２における補機バッテリ５の充電制御を示すフローチャートである。図８を参照して、Ｓ２１において、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電が必要か否かを判定する。補機バッテリ５の充電が必要である場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ２２に進める。

Ｓ２２において、ＥＣＵ１００は、車両１がプラグイン充電中であるか否かを判定する。充電ケーブルがＡＣインレット２２に挿入され、車両１の外部から電力供給を受けていることが充電器３に設けられた電圧センサまたは電流センサ（図示せず）により検出されている場合に、ＥＣＵ１００は、車両１がプラグイン充電中と判定できる。あるいは、車両１が実際に電力供給を受ける前に、充電ケーブルを介した充電設備との通信により車両１が電力供給を受ける準備ができた段階で、車両１がプラグイン充電中と判定してもよい。なお、本実施の形態では、ＤＣインレット２１を介した急速充電中であることは、Ｓ２２におけるプラグイン充電中には含まれない。

車両１がプラグイン充電中である場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、降圧コンバータ３３の目標電圧Ｖｔａｇ３３を降圧コンバータ７２の目標電圧Ｖｔａｇ７２よりも高く設定する（Ｖｔａｇ３３＞Ｖｔａｇ７２）（Ｓ２３）。そして、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電を開始するように、昇圧コンバータ３２と降圧コンバータ３３，７１，７２とを制御する（Ｓ２４）。

以上のように、実施の形態２においては、車両１がプラグイン充電中（プラグイン充電が可能な状態を含む）である場合に、ＥＣＵ１００は、充電器３の内部に配置された降圧コンバータ７１の目標電圧を充電器３の外部（この例ではＰＣＵ７の内部）に配置された降圧コンバータ７２の目標電圧よりも高い値に設定する。これにより、降圧コンバータ３３の電流供給能力を超えない限りは降圧コンバータ３３のみに電力出力を行わせ、降圧コンバータ７２（および降圧コンバータ７１）からの電力出力を停止させることができる。

車両１がプラグイン充電中である場合、充電器冷却システム９２により充電器３の冷却が行われるため、降圧コンバータ３３で発生するエネルギー損失（熱損失）も低減できる。また、降圧コンバータ７１，７２を動作させるまではＰＣＵ冷却システム９３を動作させずに済むので、ＰＣＵ冷却システム９３の消費電力を削減できる。したがって、車両１におけるエネルギー効率を向上させることができる。

なお、実施の形態２では、充電器３が本開示に係る「機器」に相当し、充電器冷却システム９２が本開示に係る「冷却システム」に相当する。また、降圧コンバータ３３および降圧コンバータ７２が本開示に係る「第１の降圧コンバータ」および「第２の降圧コンバータ」にそれぞれ相当する。ただし、本開示に係る「第２の降圧コンバータ」は、降圧コンバータ６２であってもよい。電力線ＰＬ３が本開示に係る「電力線」に相当する。

［変形例］
実施の形態１にて説明した補機バッテリ５の充電制御と、実施の形態２にて説明した補機バッテリ５の充電制御とを組み合わせてもよい。

図９は、変形例における補機バッテリ５の充電制御を示すフローチャートである。図９を参照して、Ｓ３１において、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電が必要か否かを判定する。

補機バッテリ５の充電が必要である場合（Ｓ３１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態であるかどうかを判定する（Ｓ３２）。車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態である場合（Ｓ３２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、降圧コンバータ７１の目標電圧Ｖｔａｇ７１を降圧コンバータ６１の目標電圧Ｖｔａｇ６１よりも高く設定する（Ｖｔａｇ７１＞Ｖｔａｇ６１）（Ｓ３３）。さらに、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電を開始するように、降圧コンバータ６１，６２，７１，７２を制御する（Ｓ３４）。

車両１がＲｅａｄｙＯＮ状態でない場合（Ｓ３２においてＮＯ）、ＥＣＵ１００は、車両１がプラグイン充電中であるかどうかを判定する（Ｓ３５）。車両１がプラグイン充電中である場合（Ｓ３５においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、降圧コンバータ３３の目標電圧Ｖｔａｇ３３を降圧コンバータ７２の目標電圧Ｖｔａｇ７２よりも高く設定する（Ｖｔａｇ３３＞Ｖｔａｇ７２）（Ｓ３６）。そして、ＥＣＵ１００は、補機バッテリ５の充電を開始するように、昇圧コンバータ３２と降圧コンバータ３３，７１，７２とを制御する（Ｓ３７）。

本変形例によっても実施の形態１，２と同様に、車両１の使用状況に応じて補機バッテリ５の充電に使用する降圧コンバータにメイン／サブの区別を付ける。これにより、動作させる冷却システムを限定し、車両１におけるエネルギー効率を向上させることができる。

なお、変形例では、ＰＣＵ冷却システム９３が本開示に係る「第１の冷却システム」に相当し、充電器冷却システム９２が本開示に係る「第２の冷却システム」に相当する。また、降圧コンバータ７１、降圧コンバータ６１、降圧コンバータ３３および降圧コンバータ７２が本開示に係る「第１の降圧コンバータ」～「第４の降圧コンバータ」にそれぞれ相当する。電力線ＰＬ２が本開示に係る「第１の電力線」に相当し、電力線ＰＬ３が本開示に係る「第２の電力線」に相当する。

実施の形態１，２および変形例では、車両１がプラグイン充電（接触充電）が可能な構成について説明した。しかし、車両１は、車両１の外部に設けられた送電装置から車載の受電装置に非接触で電力を伝送する非接触充電が可能に構成されていてもよい。

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。本開示の範囲は、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 車両、１１ 水素タンク、１２ スタック、１３ リレー、１４ 昇圧コンバータ、２１ ＤＣインレット、２２ ＡＣインレット、２３，２４ 充電リレー、３ 充電器、３１ インバータ、３２ 昇圧コンバータ、３３ 降圧コンバータ、４１ メインバッテリ、４２ ＳＭＲ、５ 補機バッテリ、６１，６２ 降圧コンバータ、７ ＰＣＵ、７１，７２ 降圧コンバータ、７３ インバータ、８１ モータジェネレータ、８２ 駆動輪、９１ ＦＣ冷却システム、９２ 充電器冷却システム、９３ ＰＣＵ冷却システム、９４ 空調システム、１００ ＥＣＵ、１０１ パワースイッチ、６１１ ＤＣ／ＡＣ変換部、６１２ 整流部、ＩＮ１，ＩＮ２ 入力ノード、ＯＵＴ１，ＯＵＴ２ 出力ノード、Ｄ１～Ｄ４ ダイオード、ＰＬ１～ＰＬ３ 電力線、Ｑ１～Ｑ４ スイッチング素子、Ｔ トランス。

Claims (1)

1. 第１の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第１の電力線に出力する第１の降圧コンバータと、
   第２の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を前記第１の電力線に出力する第２の降圧コンバータと、
   第３の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を第２の電力線に出力する第３の降圧コンバータと、
   第４の目標電圧を生成するように降圧動作を行い、降圧した電力を前記第２の電力線に出力する第４の降圧コンバータと、
   前記第１～第４の降圧コンバータの降圧動作により充電される補機電池と、
   前記第１～第４の目標電圧を前記第１～第４の降圧コンバータにそれぞれ出力する制御装置と、
   車両の走行用モータを駆動する電力変換装置と、
   前記車両の外部から供給される電力により前記車両に搭載された蓄電装置を充電する充電器と、
   前記電力変換装置を冷却する第１の冷却システムと、
   前記充電器を冷却する第２の冷却システムとを備え、
   前記第１の降圧コンバータは、前記電力変換装置の内部に配置され、
   前記第２の降圧コンバータは、前記電力変換装置および前記充電器の外部に配置され、
   前記第３の降圧コンバータは、前記充電器の内部に配置され、
   前記第４の降圧コンバータは、前記電力変換装置の内部に配置され、
   前記制御装置は、
   前記電力変換装置を動作させる場合、前記第１の目標電圧を前記第２の目標電圧よりも高くし、
   前記充電器を動作させる場合、前記第３の目標電圧を前記第４の目標電圧よりも高くする、車両。

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