充電システムおよびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法
【課題】外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りつつ満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保する。
【解決手段】車両１００は、外部電源５００からの電力を変換して、搭載した蓄電装置１１０を充電装置２００により充電することが可能である。充電装置２００は、スイッチング素子を含む力率改善（ＰＦＣ）回路２１０を含み、ＰＦＣ回路２１０は外部電源５００からの交流電力を直流電力に変換するとともに力率を改善する。ＥＣＵ３００は、外部電源５００の交流電圧の変動幅に応じて、ＰＦＣ回路２１０のスイッチング素子を制御することによって、外部電源５００から充電装置２００に供給される入力電流を調整する。
【解決手段】車両１００は、外部電源５００からの電力を変換して、搭載した蓄電装置１１０を充電装置２００により充電することが可能である。充電装置２００は、スイッチング素子を含む力率改善（ＰＦＣ）回路２１０を含み、ＰＦＣ回路２１０は外部電源５００からの交流電力を直流電力に変換するとともに力率を改善する。ＥＣＵ３００は、外部電源５００の交流電圧の変動幅に応じて、ＰＦＣ回路２１０のスイッチング素子を制御することによって、外部電源５００から充電装置２００に供給される入力電流を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムおよびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法に関し、より特定的には、外部電源からの電力を用いて充電が可能な車両の充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。
【０００３】
ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から車載の蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられたコンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。
【０００４】
外部電源としては、上記のような家庭用のコンセントや複数台の車両を充電するための充電スタンドがあるが、他の電気機器の消費電力や他の車両への充電電力が大きい場合には、外部電源の電源電圧が変動する場合がある。車両において蓄電装置を充電する場合には、このような電圧変動による影響が生じないようにすることが必要とされる。
【０００５】
特開２０００−１２５４７７号公報（特許文献１）は、外部充電器からの電圧により電池セルを充電する充電回路において、外部充電器からの電圧が基準値以上の場合には充電経路を遮断することにより、過電圧による機器や素子の破損等を防止する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２５４７７号公報
【特許文献２】特開平０７−２５４４４０号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２０２９９号公報
【特許文献４】特開２００９−０６０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外部電源の電圧変動が大きい場合には、それに対応して、外部電源からの入力電流も変動する場合がある。外部電源が交流の場合には、力率を改善するための力率改善（Power Factor Correction：ＰＦＣ）回路が充電装置内に備えられることがあるが、このＰＦＣ回路においては、入力される交流電圧の位相に入力電流の位相を合わせるように制御が行なわれるため、交流電圧変動によりＰＦＣ回路における交流電流の変動が大きくなる場合がある。そうすると、充電装置が許容可能な電流容量を超過した過電流状態となるおそれがある。これにより、充電装置内の機器や素子の劣化や故障の要因となったり、充電装置に内蔵された保護回路により充電が停止されたりする可能性がある。そうすると、満充電状態まで適切に充電動作が実行されず、蓄電装置からの電力により走行可能な距離が確保されないおそれがある。
【０００８】
本発明は、こ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、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りつつ満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による充電システムは、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備え、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電する。充電装置は、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、外部電源からの入力電流を調整するように、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御する。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、入力電流を減少させるようにスイッチング素子を制御して、交流電圧の変動量が所定のしきい値を下回るようにする。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、入力電流を漸減させるようにスイッチング素子を制御する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、入力電流を階段状に減少させるようにスイッチング素子を制御する。
【００１３】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含む。制御装置は、外部電源からフィルタ部へ供給される交流電力と、フィルタ部から出力される交流電力との比較に基づいて、交流電圧の変動量を演算する。
【００１４】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含む。制御装置は、リアクトルに流れる電流の指令値と、リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて、交流電圧の変動量を演算する。
【００１５】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、スイッチング素子を有し、外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能および力率改善機能を有する力率改善回路を含む。
【００１６】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、力率改善回路からの直流電圧を、蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む。
【００１７】
本発明による車両は、外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、外部電源からの入力電流を調整するように、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御する。
【００１８】
本発明による充電装置の制御方法は、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法である。充電装置は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含む。制御方法は、外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、交流電圧の変動量に応じて外部電源からの入力電流を設定するステップと、設定された入力電流となるようにＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りつつ満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。
【図２】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第１の例を示す図である。
【図３】図２のＰＦＣ回路の動作を説明するための図である。
【図４】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第２の例を示す図である。
【図５】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第３の例を示す図である。
【図６】入力電圧変動の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される充電制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】入力電圧変動に応じた入力電流を設定する際に用いられるマップの一例を示す図である。
【図９】入力電圧変動に応じた入力電流を設定する際に用いられるマップの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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り返さない。
【００２２】
図１は、本実施の形態に従う車両１００の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレーＳＭＲ１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。
【００２３】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００２４】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００２５】
蓄電装置１１０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１１０の電圧を検出するための電圧センサ１６０、入出力電流を検出するための電流センサ１７０が設けられる。検出された電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、ＥＣＵ３００へ出力される。ＥＣＵ３００は、これらの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）を演算する。
【００２６】
ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００２７】
ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータ、インバータなどが含まれる。コンバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１１０からの電圧を変換する。インバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。
【００２８】
モータジェネレータ１３０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。
【００２９】
モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。
【００３０】
なお、図１においては、モータジェネレータおよびインバータのペアが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されない。２つより多くのモータジェネレータおよびインバータのペアが設けられる構成であってもよい。
【００３１】
なお、図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、電気自動車の他に、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。
【００３２】
ハイブリッド自動車である場合には、モータジェネレータ１３０は、動力伝達ギア１４０を介して図示しないエンジンにも結合される。そして、ＥＣＵ３００は、エンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が得られるようにする。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。
【００３３】
車両１００は、外部電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、さらに、充電装置２００と、インレット２４０と、充電リレーＣＨＲ２５０とを含む。なお、充電装置２００とＥＣＵ３００との組み合わせが、本発明における「充電システム」に対応する。
【００３４】
インレット２４０は、車両１００の外表面に設けられる。インレット２４０には、充電ケーブル４００のコネクタ４１０が接続される。そして、外部電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１００に伝達される。
【００３５】
充電ケーブル４００は、コネクタ４１０に加えて、外部電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、コネクタ４１０およびプラグ４２０とを電気的に結ぶ電線部４３０とを含む。また、図１には示さないが、電線部４３０には、外部電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（Charging Circuit Interrupt Device：ＣＣＩＤ）が含まれてもよい。
【００３６】
充電装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、インレット２４０に接続される。また、充電装置２００は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２によって、ＣＨＲ２５０を介して蓄電装置１１０に接続される。
【００３７】
ＣＨＲ２５０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＳＥ２によって制御され、充電装置２００から蓄電装置１１０への電力の供給と停止とを切換える。
【００３８】
充電装置２００は、力率改善（ＰＦＣ）回路２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０と、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１とを含む。
【００３９】
ＰＦＣ回路２１０は、交流電力を直流電力に整流するとともに、回路に流れる交流電流を電源からの交流電圧の正弦波に近づけることによって力率を改善するための回路である。
【００４０】
ＰＦＣ回路２１０の詳細な構成の一例を図２に示す。ＰＦＣ回路２１０は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるＡＣフィルタ２１２と、整流回路２１８と、コンデンサＣ２０と、電流センサ２１４と、電圧センサ２１６とを含む。整流回路２１８は、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４とを含む。
【００４１】
ダイオードＤ２１およびスイッチング素子Ｑ２２は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２２はスイッチング素子Ｑ２２に逆並列に接続される。また、ダイオードＤ２３およびスイッチング素子Ｑ２４は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２４はスイッチング素子Ｑ２４に逆並列に接続される。
【００４２】
ＡＣフィルタ２１２は、外部電源５００からの交流電力を受け、この交流電力に含まれるノイズを除去する。ＡＣフィルタ２１２の出力の一方端は、ダイオードＤ２１とスイッチング素子Ｑ２２との接続ノードに接続される。ＡＣフィルタ２１２の出力の他方端は、ダイオードＤ２３とスイッチング素子Ｑ２４との接続ノードに接続される。
【００４３】
ＡＣフィルタ２１２を介して供給される交流電力は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４によって直流電力に整流される。しかしながら、ＡＣフィルタ２１２に含まれるコンデンサによって、一般的に、ＡＣフィルタ２１２から出力される交流電流波形は、正弦波からずれたものとなる。ＰＦＣ回路２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＥによってスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４が制御され、整流回路２１８に入力される交流電流の波形を正弦波に近づける。
【００４４】
コンデンサＣ２０は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に接続され、整流回路２１８から出力される直流電圧の変動を低減する。
【００４５】
電圧センサ２１６は、整流回路２１８への入力電圧（すなわち、ＡＣフィルタ２１２の出力電圧）Ｖｉｎを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。電流センサ２１４は、整流回路２１８への入力電流ＩＬを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。
【００４６】
図３は、ＰＦＣ回路２１０の動作を説明するための図である。図３を参照して、外部電源５００からの電源電圧ＶＡＣは、所定の電源周波数の交流電圧である。ＰＦＣ回路２１０においては、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオンの期間には、リアクトルに流れる電流ＩＬが増加する一方で、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオフの期間には電流ＩＬが減少する。このため、電流センサ２１４により検出されるリアクトル電流ＩＬに基づいてスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４をスイッチング制御することによって、リアクトル電流ＩＬ（図３中のＷ１０）を、電源電圧ＶＡＣと同位相の目標電流（図３中のＷ１１）に一致するように制御する。これによって、電源電圧ＶＡＣと電源電流ＩＡＣとの積で表わされる瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力の平均値である有効電力が大きくなり、外部電源５００から供給される電力の力率を１に近づけることができる。
【００４７】
ここで、リアクトル電流ＩＬの絶対値の積分値は、コンデンサＣ２０に供給される電荷に相当するので、目標電流の振幅ＩＬ＿ｒｅｆを制御することによって外部電源５００からの入力電流を調整して、出力される直流電圧ＶＤＣを調整することができる。
【００４８】
なお、ＰＦＣ回路の構成は、図３に示される構成に限定されるものではなく、たとえば、図４，５に示されるような構成とすることも可能である。
【００４９】
図４のＰＦＣ回路２１０Ａは、ダイオードブリッジにより構成される整流回路２１８Ａで整流した直流電圧を、リアクトルＬ１０およびコンデンサＣ１０で構成されるＬＣフィルタを介して電力線ＰＬ３，ＮＬ３へ出力する。このとき、コンデンサＣ１０に並列に接続されたスイッチング素子Ｑ１０をスイッチング制御して力率を改善する。
【００５０】
また、図５のＰＦＣ回路２１０Ｂは、図２のＰＦＣ回路２１０における整流回路２１８が、スイッチング素子Ｑ３１〜Ｑ３４のフルブリッジ構成とされた整流回路２１８Ｂに置き換わったものである。
【００５１】
ＰＦＣ回路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂのいずれの回路においても、回路に含まれるスイッチング素子のデューティを制御することによって、力率を改善しつつ入力電流を調整することができる。
【００５２】
再び図１を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４により構成されるフルブリッジ回路２２１と、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８およびダイオードＤ５〜Ｄ８により構成されるフルブリッジ回路２２２と、これら２つのフルブリッジ回路２２１，２２２に結合されたトランスＴＲ１とを含む。
【００５３】
フルブリッジ回路２２２は、ＰＦＣ回路２１０から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、この変換した交流電圧をトランスＴＲ１の一次巻線に供給する。
【００５４】
トランスＴＲ１は、フルブリッジ回路２２１から供給される交流電圧を、一次巻線と二次巻線との巻線比によって定められる電圧に変換する。
【００５５】
フルブリッジ回路２２２は、トランスＴＲ１で変換された交流電圧を直流電圧に変換する。
【００５６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０のフルブリッジ回路２２１，２２２の各スイッチング素子は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤにより制御される。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、蓄電装置１１０の充電に適した所望の電圧を出力する。
【００５７】
リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の出力端子に接続され、一緒になってＬＣフィルタを形成する。このＬＣフィルタは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０から出力される直流電流に含まれる、スイッチングによって生じるリプル成分を除去する。そして、コンデンサＣ１の両端が電力線ＰＬ２，ＮＬ２に結合される。
【００５８】
ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５９】
このような構成の車両において外部充電を行なう場合、電力が供給される外部電源としては、家庭のコンセントや充電スタンドなどが考えられる。このとき、たとえば、家庭内で消費電力の大きい電気機器が使用された場合や、充電スタンドにおいて複数の車両で充電が行なわれた場合には、外部電源の電源電圧が変動するおそれがある。
【００６０】
図１で示したようなＰＦＣ回路２１０を有する充電装置２００により充電を行なう場合に、外部電源５００からの入力電圧が変動すると、ＰＦＣ回路２１０のＡＣフィルタ２１２に含まれるリアクトルおよびコンデンサによる共振回路、ならびにスイッチング素子の制御周波数の影響により、図２における整流回路２１８への入力電圧Ｖｉｎが、図６に示すように変動する場合がある（図６中の曲線Ｗ２１）。
【００６１】
このように入力電圧Ｖｉｎが変動すると、それに伴って、入力電流ＩＬも同様に変動する。そうすると、入力電流のピーク値が、スイッチング素子などの回路を構成する部品の許容電流を超過し過電流状態となってしまい、素子の破損や故障の要因となったり、あるいは、充電装置の保護回路によってスイッチング動作が停止され充電動作が停止したりするおそれがある。
【００６２】
これによって、蓄電装置１１０の充電が中断されてしまうために、ユーザが車両を運転しようとした場合に、十分な充電量が蓄電装置１１０に蓄えられていない状態となり得る。そして、電力を用いた走行が制限され、電気自動車においては走行距離が確保できなくなり、ハイブリッド車両においてはエンジンを用いることによって燃費の悪化を招くおそれがある。
【００６３】
そこで、本実施の形態においては、ＰＦＣ回路を有する充電装置を用いた外部充電の際に、ＰＦＣ回路への入力電圧（あるいは、入力電流）の変動が生じた場合に、ＰＦＣ回路のスイッチング素子を制御して入力電流を低減させることによって、過電流の発生を防ぐ充電制御を実行する。これによって、外部充電中に、外部電源の電源電圧が変動することによって充電動作が停止してしまうことが防止でき、電力を用いて走行可能な距離を確保することが可能となる。
【００６４】
図７は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部またはすべてのステップを、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００６５】
図１および図７を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、図２の電圧センサ２１６によって検出されたＰＦＣ回路２１０への入力電圧Ｖｉｎを取得する。
【００６６】
そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、図示されない他の電圧センサで検出された外部電源５００の電源電圧ＶＡＣからの変動幅ＦＬＣを演算する。この変動幅ＦＬＣは、電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の絶対値（変動量）を採用してもよいし、電源電圧ＶＡＣに対する電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の比率を採用してもよい。
【００６７】
そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、たとえば図８または図９に示されるようなマップを用いて、変動幅ＦＬＣに応じた入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定する。
【００６８】
図８のマップにおいては、変動幅ＦＬＣがＡ１となるまでは、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα１（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ１を上回ると、変動幅ＦＬＣが増加するにつれて漸減するように入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定される（図８中の曲線Ｗ３０）。なお、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆの減少は、図８のように直線的な変化に限られず、曲線的な変化であってもよい。
【００６９】
また、図９のマップにおいては、変動幅ＦＬＣがＡ１を上回ると、変動幅ＦＬＣが増加するにつれて階段状に減少するように入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定される（図９中の曲線Ｗ４０）。すなわち、変動幅ＦＬＣがＡ１になるまでは、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα１（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ１を超えてＡ２になるまでは入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα２（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ２を超えてＡ３になるまでは入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα３（Ａ）に設定される。
【００７０】
入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆの設定マップは、図８および図９のいずれのマップを用いてもよいが、たとえば、図８のマップは図９のマップに比べると、同じ変動幅における入力電流指令値が大きく設定されているため、充電時間がより短くできるという利点がある。一方、図９のマップを用いた場合は、変動幅の小さな変化では入力電流指令値が変動しないため、ハンチング等を防止することができ制御安定性が高いという利点がある。
【００７１】
Ｓ１２０にて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定されると、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて、この入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆに従って充電装置２００を制御し、蓄電装置１１０の充電を実行する。
【００７２】
なお、上記の説明においては、入力電圧Ｖｉｎの変動に基づいて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定する構成を例として説明したが、図２の電流センサ２１４で検出された入力電流ＩＬの変動幅に基づいて、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定するようにしてもよい。
【００７３】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、充電実行時に外部電源からの交流電圧が変動した場合であっても、それに応じて充電装置の入力電流が低減されるので、充電装置において過電流状態が生じることを低減できる。これによって、充電動作が中断されることが抑制されるので、満充電状態となるまで充電動作を継続することができ、その結果、蓄電装置からの電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態における「ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０」は、本発明における「ＤＣ／ＤＣ変換回路」の一例である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１６０，２１６ 電圧センサ、１７０，２１４ 電流センサ、２００ 充電装置、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ ＰＦＣ回路、２１２ ＡＣフィルタ、２１８，２１８Ａ，２１８Ｂ 整流回路、２２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２１，２２２ フルブリッジ回路、２４０ インレット、２５０ ＣＨＲ、３００ ＥＣＵ、４００ 充電ケーブル、４１０ コネクタ、４２０ プラグ、４３０ 電線部、５００ 外部電源、５１０ コンセント、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１〜ＰＬ３，ＮＬ１〜ＮＬ３ 電力線、Ｃ１，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、Ｌ１，Ｌ１０ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ２２，Ｑ２４，Ｑ３１〜Ｑ３４ スイッチング素子、ＴＲ１ トランス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電システムおよびそれを搭載する車両、ならびに充電装置の制御方法に関し、より特定的には、外部電源からの電力を用いて充電が可能な車両の充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。
【０００３】
ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）から車載の蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられたコンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。
【０００４】
外部電源としては、上記のような家庭用のコンセントや複数台の車両を充電するための充電スタンドがあるが、他の電気機器の消費電力や他の車両への充電電力が大きい場合には、外部電源の電源電圧が変動する場合がある。車両において蓄電装置を充電する場合には、このような電圧変動による影響が生じないようにすることが必要とされる。
【０００５】
特開２０００−１２５４７７号公報（特許文献１）は、外部充電器からの電圧により電池セルを充電する充電回路において、外部充電器からの電圧が基準値以上の場合には充電経路を遮断することにより、過電圧による機器や素子の破損等を防止する構成が開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１２５４７７号公報
【特許文献２】特開平０７−２５４４４０号公報
【特許文献３】特開２０１０−２２０２９９号公報
【特許文献４】特開２００９−０６０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
外部電源の電圧変動が大きい場合には、それに対応して、外部電源からの入力電流も変動する場合がある。外部電源が交流の場合には、力率を改善するための力率改善（Power Factor Correction：ＰＦＣ）回路が充電装置内に備えられることがあるが、このＰＦＣ回路においては、入力される交流電圧の位相に入力電流の位相を合わせるように制御が行なわれるため、交流電圧変動によりＰＦＣ回路における交流電流の変動が大きくなる場合がある。そうすると、充電装置が許容可能な電流容量を超過した過電流状態となるおそれがある。これにより、充電装置内の機器や素子の劣化や故障の要因となったり、充電装置に内蔵された保護回路により充電が停止されたりする可能性がある。そうすると、満充電状態まで適切に充電動作が実行されず、蓄電装置からの電力により走行可能な距離が確保されないおそれがある。
【０００８】
本発明は、こ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、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りつつ満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による充電システムは、充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備え、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電する。充電装置は、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、蓄電装置に充電電力を供給する。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、外部電源からの入力電流を調整するように、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御する。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、入力電流を減少させるようにスイッチング素子を制御して、交流電圧の変動量が所定のしきい値を下回るようにする。
【００１１】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、入力電流を漸減させるようにスイッチング素子を制御する。
【００１２】
好ましくは、制御装置は、交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、入力電流を階段状に減少させるようにスイッチング素子を制御する。
【００１３】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含む。制御装置は、外部電源からフィルタ部へ供給される交流電力と、フィルタ部から出力される交流電力との比較に基づいて、交流電圧の変動量を演算する。
【００１４】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含む。制御装置は、リアクトルに流れる電流の指令値と、リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて、交流電圧の変動量を演算する。
【００１５】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、スイッチング素子を有し、外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能および力率改善機能を有する力率改善回路を含む。
【００１６】
好ましくは、ＡＣ／ＤＣ変換器は、力率改善回路からの直流電圧を、蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む。
【００１７】
本発明による車両は、外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、充電装置を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、外部電源からの入力電流を調整するように、ＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御する。
【００１８】
本発明による充電装置の制御方法は、外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法である。充電装置は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のスイッチング制御によって外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含む。制御方法は、外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、交流電圧の変動量に応じて外部電源からの入力電流を設定するステップと、設定された入力電流となるようにＡＣ／ＤＣ変換器のスイッチング素子を制御するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外部充電が可能な車両において、電源電圧が変動した場合であっても、機器の保護を図りつつ満充電状態まで充電動作を継続させ、蓄電装置の電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。
【図２】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第１の例を示す図である。
【図３】図２のＰＦＣ回路の動作を説明するための図である。
【図４】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第２の例を示す図である。
【図５】図１におけるＰＦＣ回路の詳細についての第３の例を示す図である。
【図６】入力電圧変動の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態において、ＥＣＵで実行される充電制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】入力電圧変動に応じた入力電流を設定する際に用いられるマップの一例を示す図である。
【図９】入力電圧変動に応じた入力電流を設定する際に用いられるマップの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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り返さない。
【００２２】
図１は、本実施の形態に従う車両１００の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレーＳＭＲ１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００とを備える。
【００２３】
蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
【００２４】
蓄電装置１１０は、電力線ＰＬ１，ＮＬ１を介してＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力はたとえば２００Ｖ程度である。
【００２５】
蓄電装置１１０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１１０の電圧を検出するための電圧センサ１６０、入出力電流を検出するための電流センサ１７０が設けられる。検出された電圧ＶＢおよび電流ＩＢは、ＥＣＵ３００へ出力される。ＥＣＵ３００は、これらの検出値に基づいて、蓄電装置１１０の充電状態（State of Charge：ＳＯＣ）を演算する。
【００２６】
ＳＭＲ１１５に含まれるリレーは、蓄電装置１１０と電力線ＰＬ１，ＮＬ１との間に接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。
【００２７】
ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータ、インバータなどが含まれる。コンバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１１０からの電圧を変換する。インバータは、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。
【００２８】
モータジェネレータ１３０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。
【００２９】
モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。
【００３０】
なお、図１においては、モータジェネレータおよびインバータのペアが１つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータおよびインバータの数はこれに限定されない。２つより多くのモータジェネレータおよびインバータのペアが設けられる構成であってもよい。
【００３１】
なお、図１においては、車両１００が電気自動車である場合を例として説明するが、本実施の形態における車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、電気自動車の他に、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車や、燃料電池を搭載した燃料電池自動車などが含まれる。
【００３２】
ハイブリッド自動車である場合には、モータジェネレータ１３０は、動力伝達ギア１４０を介して図示しないエンジンにも結合される。そして、ＥＣＵ３００は、エンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が得られるようにする。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１１０を充電することも可能である。
【００３３】
車両１００は、外部電源５００からの電力によって蓄電装置１１０を充電するための構成として、さらに、充電装置２００と、インレット２４０と、充電リレーＣＨＲ２５０とを含む。なお、充電装置２００とＥＣＵ３００との組み合わせが、本発明における「充電システム」に対応する。
【００３４】
インレット２４０は、車両１００の外表面に設けられる。インレット２４０には、充電ケーブル４００のコネクタ４１０が接続される。そして、外部電源５００からの電力が、充電ケーブル４００を介して車両１００に伝達される。
【００３５】
充電ケーブル４００は、コネクタ４１０に加えて、外部電源５００のコンセント５１０に接続するためのプラグ４２０と、コネクタ４１０およびプラグ４２０とを電気的に結ぶ電線部４３０とを含む。また、図１には示さないが、電線部４３０には、外部電源５００からの電力の供給および遮断を切換えるための充電回路遮断装置（Charging Circuit Interrupt Device：ＣＣＩＤ）が含まれてもよい。
【００３６】
充電装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して、インレット２４０に接続される。また、充電装置２００は、電力線ＰＬ２，ＮＬ２によって、ＣＨＲ２５０を介して蓄電装置１１０に接続される。
【００３７】
ＣＨＲ２５０は、ＥＣＵ３００からの制御指令ＳＥ２によって制御され、充電装置２００から蓄電装置１１０への電力の供給と停止とを切換える。
【００３８】
充電装置２００は、力率改善（ＰＦＣ）回路２１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０と、コンデンサＣ１と、リアクトルＬ１とを含む。
【００３９】
ＰＦＣ回路２１０は、交流電力を直流電力に整流するとともに、回路に流れる交流電流を電源からの交流電圧の正弦波に近づけることによって力率を改善するための回路である。
【００４０】
ＰＦＣ回路２１０の詳細な構成の一例を図２に示す。ＰＦＣ回路２１０は、リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるＡＣフィルタ２１２と、整流回路２１８と、コンデンサＣ２０と、電流センサ２１４と、電圧センサ２１６とを含む。整流回路２１８は、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４とを含む。
【００４１】
ダイオードＤ２１およびスイッチング素子Ｑ２２は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２２はスイッチング素子Ｑ２２に逆並列に接続される。また、ダイオードＤ２３およびスイッチング素子Ｑ２４は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に直列に接続され、ダイオードＤ２４はスイッチング素子Ｑ２４に逆並列に接続される。
【００４２】
ＡＣフィルタ２１２は、外部電源５００からの交流電力を受け、この交流電力に含まれるノイズを除去する。ＡＣフィルタ２１２の出力の一方端は、ダイオードＤ２１とスイッチング素子Ｑ２２との接続ノードに接続される。ＡＣフィルタ２１２の出力の他方端は、ダイオードＤ２３とスイッチング素子Ｑ２４との接続ノードに接続される。
【００４３】
ＡＣフィルタ２１２を介して供給される交流電力は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４によって直流電力に整流される。しかしながら、ＡＣフィルタ２１２に含まれるコンデンサによって、一般的に、ＡＣフィルタ２１２から出力される交流電流波形は、正弦波からずれたものとなる。ＰＦＣ回路２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＥによってスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４が制御され、整流回路２１８に入力される交流電流の波形を正弦波に近づける。
【００４４】
コンデンサＣ２０は、電力線ＰＬ３，ＮＬ３の間に接続され、整流回路２１８から出力される直流電圧の変動を低減する。
【００４５】
電圧センサ２１６は、整流回路２１８への入力電圧（すなわち、ＡＣフィルタ２１２の出力電圧）Ｖｉｎを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。電流センサ２１４は、整流回路２１８への入力電流ＩＬを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。
【００４６】
図３は、ＰＦＣ回路２１０の動作を説明するための図である。図３を参照して、外部電源５００からの電源電圧ＶＡＣは、所定の電源周波数の交流電圧である。ＰＦＣ回路２１０においては、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオンの期間には、リアクトルに流れる電流ＩＬが増加する一方で、スイッチング素子Ｑ２２あるいはＱ２４がオフの期間には電流ＩＬが減少する。このため、電流センサ２１４により検出されるリアクトル電流ＩＬに基づいてスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４をスイッチング制御することによって、リアクトル電流ＩＬ（図３中のＷ１０）を、電源電圧ＶＡＣと同位相の目標電流（図３中のＷ１１）に一致するように制御する。これによって、電源電圧ＶＡＣと電源電流ＩＡＣとの積で表わされる瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力の平均値である有効電力が大きくなり、外部電源５００から供給される電力の力率を１に近づけることができる。
【００４７】
ここで、リアクトル電流ＩＬの絶対値の積分値は、コンデンサＣ２０に供給される電荷に相当するので、目標電流の振幅ＩＬ＿ｒｅｆを制御することによって外部電源５００からの入力電流を調整して、出力される直流電圧ＶＤＣを調整することができる。
【００４８】
なお、ＰＦＣ回路の構成は、図３に示される構成に限定されるものではなく、たとえば、図４，５に示されるような構成とすることも可能である。
【００４９】
図４のＰＦＣ回路２１０Ａは、ダイオードブリッジにより構成される整流回路２１８Ａで整流した直流電圧を、リアクトルＬ１０およびコンデンサＣ１０で構成されるＬＣフィルタを介して電力線ＰＬ３，ＮＬ３へ出力する。このとき、コンデンサＣ１０に並列に接続されたスイッチング素子Ｑ１０をスイッチング制御して力率を改善する。
【００５０】
また、図５のＰＦＣ回路２１０Ｂは、図２のＰＦＣ回路２１０における整流回路２１８が、スイッチング素子Ｑ３１〜Ｑ３４のフルブリッジ構成とされた整流回路２１８Ｂに置き換わったものである。
【００５１】
ＰＦＣ回路２１０，２１０Ａ，２１０Ｂのいずれの回路においても、回路に含まれるスイッチング素子のデューティを制御することによって、力率を改善しつつ入力電流を調整することができる。
【００５２】
再び図１を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４により構成されるフルブリッジ回路２２１と、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８およびダイオードＤ５〜Ｄ８により構成されるフルブリッジ回路２２２と、これら２つのフルブリッジ回路２２１，２２２に結合されたトランスＴＲ１とを含む。
【００５３】
フルブリッジ回路２２２は、ＰＦＣ回路２１０から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、この変換した交流電圧をトランスＴＲ１の一次巻線に供給する。
【００５４】
トランスＴＲ１は、フルブリッジ回路２２１から供給される交流電圧を、一次巻線と二次巻線との巻線比によって定められる電圧に変換する。
【００５５】
フルブリッジ回路２２２は、トランスＴＲ１で変換された交流電圧を直流電圧に変換する。
【００５６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０のフルブリッジ回路２２１，２２２の各スイッチング素子は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤにより制御される。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０は、蓄電装置１１０の充電に適した所望の電圧を出力する。
【００５７】
リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０の出力端子に接続され、一緒になってＬＣフィルタを形成する。このＬＣフィルタは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０から出力される直流電流に含まれる、スイッチングによって生じるリプル成分を除去する。そして、コンデンサＣ１の両端が電力線ＰＬ２，ＮＬ２に結合される。
【００５８】
ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００５９】
このような構成の車両において外部充電を行なう場合、電力が供給される外部電源としては、家庭のコンセントや充電スタンドなどが考えられる。このとき、たとえば、家庭内で消費電力の大きい電気機器が使用された場合や、充電スタンドにおいて複数の車両で充電が行なわれた場合には、外部電源の電源電圧が変動するおそれがある。
【００６０】
図１で示したようなＰＦＣ回路２１０を有する充電装置２００により充電を行なう場合に、外部電源５００からの入力電圧が変動すると、ＰＦＣ回路２１０のＡＣフィルタ２１２に含まれるリアクトルおよびコンデンサによる共振回路、ならびにスイッチング素子の制御周波数の影響により、図２における整流回路２１８への入力電圧Ｖｉｎが、図６に示すように変動する場合がある（図６中の曲線Ｗ２１）。
【００６１】
このように入力電圧Ｖｉｎが変動すると、それに伴って、入力電流ＩＬも同様に変動する。そうすると、入力電流のピーク値が、スイッチング素子などの回路を構成する部品の許容電流を超過し過電流状態となってしまい、素子の破損や故障の要因となったり、あるいは、充電装置の保護回路によってスイッチング動作が停止され充電動作が停止したりするおそれがある。
【００６２】
これによって、蓄電装置１１０の充電が中断されてしまうために、ユーザが車両を運転しようとした場合に、十分な充電量が蓄電装置１１０に蓄えられていない状態となり得る。そして、電力を用いた走行が制限され、電気自動車においては走行距離が確保できなくなり、ハイブリッド車両においてはエンジンを用いることによって燃費の悪化を招くおそれがある。
【００６３】
そこで、本実施の形態においては、ＰＦＣ回路を有する充電装置を用いた外部充電の際に、ＰＦＣ回路への入力電圧（あるいは、入力電流）の変動が生じた場合に、ＰＦＣ回路のスイッチング素子を制御して入力電流を低減させることによって、過電流の発生を防ぐ充電制御を実行する。これによって、外部充電中に、外部電源の電源電圧が変動することによって充電動作が停止してしまうことが防止でき、電力を用いて走行可能な距離を確保することが可能となる。
【００６４】
図７は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される充電制御処理を説明するためのフローチャートである。図７に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部またはすべてのステップを、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００６５】
図１および図７を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、図２の電圧センサ２１６によって検出されたＰＦＣ回路２１０への入力電圧Ｖｉｎを取得する。
【００６６】
そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、図示されない他の電圧センサで検出された外部電源５００の電源電圧ＶＡＣからの変動幅ＦＬＣを演算する。この変動幅ＦＬＣは、電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の絶対値（変動量）を採用してもよいし、電源電圧ＶＡＣに対する電源電圧ＶＡＣと入力電圧Ｖｉｎとの差の比率を採用してもよい。
【００６７】
そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１２０にて、たとえば図８または図９に示されるようなマップを用いて、変動幅ＦＬＣに応じた入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定する。
【００６８】
図８のマップにおいては、変動幅ＦＬＣがＡ１となるまでは、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα１（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ１を上回ると、変動幅ＦＬＣが増加するにつれて漸減するように入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定される（図８中の曲線Ｗ３０）。なお、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆの減少は、図８のように直線的な変化に限られず、曲線的な変化であってもよい。
【００６９】
また、図９のマップにおいては、変動幅ＦＬＣがＡ１を上回ると、変動幅ＦＬＣが増加するにつれて階段状に減少するように入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定される（図９中の曲線Ｗ４０）。すなわち、変動幅ＦＬＣがＡ１になるまでは、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα１（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ１を超えてＡ２になるまでは入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα２（Ａ）に設定され、変動幅ＦＬＣがＡ２を超えてＡ３になるまでは入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆはα３（Ａ）に設定される。
【００７０】
入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆの設定マップは、図８および図９のいずれのマップを用いてもよいが、たとえば、図８のマップは図９のマップに比べると、同じ変動幅における入力電流指令値が大きく設定されているため、充電時間がより短くできるという利点がある。一方、図９のマップを用いた場合は、変動幅の小さな変化では入力電流指令値が変動しないため、ハンチング等を防止することができ制御安定性が高いという利点がある。
【００７１】
Ｓ１２０にて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆが設定されると、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にて、この入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆに従って充電装置２００を制御し、蓄電装置１１０の充電を実行する。
【００７２】
なお、上記の説明においては、入力電圧Ｖｉｎの変動に基づいて入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定する構成を例として説明したが、図２の電流センサ２１４で検出された入力電流ＩＬの変動幅に基づいて、入力電流指令値ＩＬ＿ｒｅｆを設定するようにしてもよい。
【００７３】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、充電実行時に外部電源からの交流電圧が変動した場合であっても、それに応じて充電装置の入力電流が低減されるので、充電装置において過電流状態が生じることを低減できる。これによって、充電動作が中断されることが抑制されるので、満充電状態となるまで充電動作を継続することができ、その結果、蓄電装置からの電力を用いて走行可能な距離を確保することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態における「ＤＣ／ＤＣコンバータ２２０」は、本発明における「ＤＣ／ＤＣ変換回路」の一例である。
【００７５】
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。
【符号の説明】
【００７６】
１００ 車両、１１０ 蓄電装置、１１５ ＳＭＲ、１２０ ＰＣＵ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギア、１５０ 駆動輪、１６０，２１６ 電圧センサ、１７０，２１４ 電流センサ、２００ 充電装置、２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ ＰＦＣ回路、２１２ ＡＣフィルタ、２１８，２１８Ａ，２１８Ｂ 整流回路、２２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２１，２２２ フルブリッジ回路、２４０ インレット、２５０ ＣＨＲ、３００ ＥＣＵ、４００ 充電ケーブル、４１０ コネクタ、４２０ プラグ、４３０ 電線部、５００ 外部電源、５１０ コンセント、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２，ＰＬ１〜ＰＬ３，ＮＬ１〜ＮＬ３ 電力線、Ｃ１，Ｃ１０，Ｃ２０，Ｃ３０ コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１０，Ｄ１１，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、Ｌ１，Ｌ１０ リアクトル、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ２２，Ｑ２４，Ｑ３１〜Ｑ３４ スイッチング素子、ＴＲ１ トランス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電するための充電システムであって、
スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記外部電源からの入力電流を調整するように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御する、充電システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、前記入力電流を減少させるように前記スイッチング素子を制御して、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を下回るようにする、請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を上回った場合には、前記交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、前記入力電流を漸減させるように前記スイッチング素子を制御する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を上回った場合には、前記交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、前記入力電流を階段状に減少させるように前記スイッチング素子を制御する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項５】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含み、
前記制御装置は、前記外部電源から前記フィルタ部へ供給される交流電力と、前記フィルタ部から出力される交流電力との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項６】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含み、
前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流の指令値と、前記リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項７】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
前記スイッチング素子を有し、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能および力率改善機能を有する力率改善回路を含む、請求項１に記載の充電システム。
【請求項８】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
前記力率改善回路からの直流電圧を、前記蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む、請求項７に記載の充電システム。
【請求項９】
外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、
スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記外部電源からの入力電流を調整するように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御する、車両。
【請求項１０】
外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法であって、
前記充電装置は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、
前記制御方法は、
前記外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、
前記交流電圧の変動量に応じて前記外部電源からの入力電流を設定するステップと、
設定された前記入力電流となるように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御するステップとを備える、充電装置の制御方法。
【請求項１】
外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置を充電するための充電システムであって、
スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記外部電源からの入力電流を調整するように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御する、充電システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が所定のしきい値を上回った場合には、前記入力電流を減少させるように前記スイッチング素子を制御して、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を下回るようにする、請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を上回った場合には、前記交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、前記入力電流を漸減させるように前記スイッチング素子を制御する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記交流電圧の変動量が前記所定のしきい値を上回った場合には、前記交流電圧の変動量が大きくなるにつれて、前記入力電流を階段状に減少させるように前記スイッチング素子を制御する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項５】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含み、
前記制御装置は、前記外部電源から前記フィルタ部へ供給される交流電力と、前記フィルタ部から出力される交流電力との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項６】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
リアクトルおよびコンデンサを含んで構成されるフィルタ部をさらに含み、
前記制御装置は、前記リアクトルに流れる電流の指令値と、前記リアクトルに実際に流れる電流の検出値との比較に基づいて、前記交流電圧の変動量を演算する、請求項２に記載の充電システム。
【請求項７】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
前記スイッチング素子を有し、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する機能および力率改善機能を有する力率改善回路を含む、請求項１に記載の充電システム。
【請求項８】
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、
前記力率改善回路からの直流電圧を、前記蓄電装置の充電に適した直流電圧に調整するためのＤＣ／ＤＣ変換回路をさらに含む、請求項７に記載の充電システム。
【請求項９】
外部電源からの電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、
スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、前記蓄電装置に充電電力を供給する充電装置と、
前記充電装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記外部電源の交流電圧の変動を示す信号に応じて、前記外部電源からの入力電流を調整するように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御する、車両。
【請求項１０】
外部電源からの電力を用いて車両に搭載された蓄電装置の充電を行なうための充電装置の制御方法であって、
前記充電装置は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチング制御によって前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器を含み、
前記制御方法は、
前記外部電源の交流電圧の変動量を取得するステップと、
前記交流電圧の変動量に応じて前記外部電源からの入力電流を設定するステップと、
設定された前記入力電流となるように、前記ＡＣ／ＤＣ変換器の前記スイッチング素子を制御するステップとを備える、充電装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３４３０７（Ｐ２０１３−３４３０７Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９１０９（Ｐ２０１１−１６９１０９）
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２日（２０１１．８．２）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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