充電装置、車載用充電装置、車載用充電装置における充電方法
【課題】高圧用蓄電池の出力低下時、高圧用蓄電池及び低圧用蓄電池の過放電防止と共に高圧用蓄電池の充電を継続させ、通常状態への復帰も可能にする充電装置を提供する。
【解決手段】高圧用蓄電池１０３、高圧用蓄電池に接続され高圧用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器１０５、負荷に給電を行う低圧用蓄電池１０４、高圧用蓄電池に接続され低圧用蓄電池の充電を行うと共に負荷への電力供給を行う第２の電力変換器１０６、高圧用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタ５０５，１０３、第１及び第２の電力変換器及び負荷を制御する制御装置１０８を備え、負荷は制御装置、第１及び第２の電力変換器、低圧用蓄電池に接続された負荷類を含み、制御装置は充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった時、第２の電力変換器及び低圧用蓄電池からの供給電力を制限して第１の電力変換器の充電を継続させる。
【解決手段】高圧用蓄電池１０３、高圧用蓄電池に接続され高圧用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器１０５、負荷に給電を行う低圧用蓄電池１０４、高圧用蓄電池に接続され低圧用蓄電池の充電を行うと共に負荷への電力供給を行う第２の電力変換器１０６、高圧用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタ５０５，１０３、第１及び第２の電力変換器及び負荷を制御する制御装置１０８を備え、負荷は制御装置、第１及び第２の電力変換器、低圧用蓄電池に接続された負荷類を含み、制御装置は充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった時、第２の電力変換器及び低圧用蓄電池からの供給電力を制限して第１の電力変換器の充電を継続させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車載用充電装置および充電方法に関し、特に、車両外部から充電可能な高圧駆動用蓄電池および、高圧駆動用蓄電池から降圧型のコンバータを介して充電される低圧補機用蓄電池を充電する装置および充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車やハイブリッド車が注目されている。このような自動車は、従来の自動車同様に制御回路等を動作させる補機用蓄電池(低圧)とともに、従来のエンジンに代わり(加え)、インバータとインバータによって駆動される電動発電機(モータージェネレーター)を駆動させるための駆動用蓄電池(高圧)とを有している。
【０００３】
駆動用蓄電池(高圧)は、ハイブリッド車では、走行中の回生電力で充電されるが、近年では、ＰＨＥＶ車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle：プラグインハイブリッドカー)や電気自動車のように、家庭用交流電源もしくは専用の充電設備によって、車両外部から充電可能なように構成されつつある。
【０００４】
駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)の充電を行うための制御装置は、いずれも一般的には補機用蓄電池(低圧)から電力供給される(例えば下記特許文献１参照)。
【０００５】
また、これらの補機用蓄電池(低圧)と駆動用蓄電池(高圧)、特に、２次蓄電池と言われる電気自動車やハイブリッド自動車用の駆動用の蓄電池(高圧)としては、一般的には、エネルギ密度の高いニッケル水素やリチウムイオン蓄電池が搭載される。しかしながら、このようなエネルギ密度の高い蓄電池は、急速(大電流)充放電、過放電や多頻度の充放電を行うと劣化し、著しく寿命が低下したり、過放電後に本来の性能を発揮できなくなることがある。このため、こういった蓄電池の過放電を防止するための技術が搭載されている。
【０００６】
例えば、下記特許文献２は、電動車の蓄電池過放電防止装置を開示する。この蓄電池過放電防止装置は、走行用モータへ電力を供給するための高圧で充電可能な走行用蓄電池と、走行用蓄電池からの電力供給をうけて低圧負荷へ給電する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータと、この降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにより充電される低圧用蓄電池とを備え、過放電の防止対策として、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が所定範囲内に維持できない場合は、出力を停止するとともに、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断する手段を備える構成となっている。
【０００７】
これにより、低圧バッテリの過放電を防止し、また、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断することで低圧負荷消費電力を低減し、これにより高圧バッテリ(走行用蓄電池)の過放電も防止している。そして、高圧出力でなく、低圧負荷を、リレーを用いて遮断することにより、低コスト化を図っている。
【０００８】
また下記特許文献３は、二次蓄電池の過充電および過放電を回避するための充放電制御装置およびそれを搭載したハイブリッド車両を開示する。この充放電制御装置は、車両に搭載された二次蓄電池の蓄電池モデル式に基づいて、蓄電池の内部状態を推定する手段と、蓄電池の内部状態の推定値に基づいて、二次蓄電池が所定電力を継続的に出力可能な時間を予測する手段と、この予測時間を考慮して、二次蓄電池の過充電および過放電を回避するように負荷への動作指令を行う手段を備える。また、蓄電池性能を最大限に発揮するようにしている。
【０００９】
さらに下記特許文献４は、通常時充電モードと過放電時充電モードを備える充電器を開示する。この充電器は、充電器から蓄電池への充電電圧と電流を検出するセンサを備え、蓄電池の内部抵抗を演算することで、過放電状態か否かを判断する。これにより、過放電と判断された場合は、過放電時に適した充電を行い、蓄電池の寿命を損なうことなく(特に鉛蓄蓄電池の場合)、かつ充電作業性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１４９８９７号公報
【特許文献２】特開平９−９４０２号公報(特許第３４９１７１４号公報)
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００８／０１６１２９号パンフレット
【特許文献４】特開平９−１６３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献２に記載の装置は、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断することにより低圧バッテリの過放電防止、低圧負荷消費電力の低減をはかり高圧バッテリの過放電防止を実現している。しかしながら、特許文献１に記載するように、駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)の充電を行うための制御装置は、一般的には補機用蓄電池(低圧)から電力供給される。このため、過放電により、補機用蓄電池からの電力供給が遮断された場合、制御装置への電力供給が絶たれ、駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)を充電することができなくなるという問題があった。
【００１２】
これを解決するために、特許文献３に記載の装置のように、負荷の動作を制御するような方法が考えられるが、制御する対象は二次蓄電池の負荷となっており、走行中の電力回生を前提とした蓄電池性能の最大限の発揮を主目的としたものである。このため、複雑な演算と制御が必要で、高価なものとなるという問題があった。
【００１３】
また、別な問題として、やむを得ず、過放電になってしまった場合には、蓄電池の寿命と判断され、蓄電池廃却・交換等の対応をせざるを得ないということがあった。そこで、特許文献４に記載の装置のように、過放電状態を判断し、蓄電池状態(通常／過放電)に応じた充電を行うことが考えられるが、補機用蓄電池(低圧)は、駆動用蓄電池(高圧)から充電されるため、駆動用蓄電池(高圧)が過放電の場合、補機用蓄電池から充電制御装置への電力供給が十分に行えなくなるという問題があった。
【００１４】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることが可能な、車載用充電装置およびその充電方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池と、前記駆動用蓄電池に接続され前記駆動用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、負荷である車両の補機に給電を行う相対的に低圧の補機用蓄電池と、前記駆動用蓄電池に接続され前記補機用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、を備え、前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類を含み、前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置およびその充電方法等にある。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の車載用充電装置およびその充電方法では、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の第１の電力変換器の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図１の第２の電力変換器の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】図１の制御装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】一般的なリチウムイオン蓄電池の充電プロファイルを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における基本的な充電動作の説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】図８の制御装置の詳細を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態４における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態５における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態５における補機用蓄電池の充電動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明は、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることが可能な、充電装置、車載用充電装置およびその充電方法を提供する。また、駆動用蓄電池(高圧)の過放電時にも、蓄電池を復活させ、蓄電池廃却・交換を不要にすることが可能な装置、方法を提供する。
【００１９】
以下、この発明による充電装置、車載用充電装置およびその充電方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２０】
なお以下では、一例としてこの発明の車載用充電装置が、車両の外部から駆動用蓄電池を充電し、エンジンを搭載しない電気自動車に搭載された場合を例に挙げて説明するが、この発明はこれに限定されることなく、例えばモータとエンジンを併用して走行するハイブリッド自動車(ＰＨＥＶ自動車を含む)に搭載される場合にも適用可能である。
【００２１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。この実施の形態１に係る充電装置１００は、駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６から構成される。
【００２２】
ここで、駆動用蓄電池１０３、例えば、エネルギ密度の高いニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池と呼ばれるもので、大容量で比較的低コストであるものの、急速(大電流)充放電、過充放電や多頻度の充放電を行うと劣化しやすいという特性をもつものである。この実施の形態では、リチウムイオン蓄電池を想定している。
補機用蓄電池１０４は、一般的な、鉛蓄蓄電池を想定している。蓄電池電圧は、例えば、駆動用蓄電池１０３は３００Ｖ以上の高圧、補機用蓄電池１０４は一般的な１４Ｖ程度である。
【００２３】
第１の電力変換器１０５は、家庭用交流電源または専用のインフラ充電設備からなる交流電源１１１に接続され、交流電圧を駆動用蓄電池１０３に応じた直流電圧に変換して、駆動用蓄電池１０３を充電する。
【００２４】
第２の電力変換器１０６は、駆動用蓄電池１０３および第１の電力変換器１０５に接続され、駆動用蓄電池電圧および第１の電力変換器の出力電圧を、補機用蓄電池１０４に応じた直流電圧に変換して、補機用蓄電池１０４を充電する。
【００２５】
また、電動発電機(ＭＧ)１０１を制御するインバータ１０２は駆動用蓄電池１０３に、負荷類１１０は補機用蓄電池１０４および第２の電力変換器１０６に、それぞれ接続され、それぞれ必要な電力が供給される。
【００２６】
この実施の形態１においては、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、負荷類１１０は車両の補機である負荷に含まれ、それぞれ各装置を駆動させるための電源回路を持ち、各電源回路(図示省略)は、補機用蓄電池１０４の両端に接続され、補機用蓄電池１０４の電力供給によって動作するものである。
【００２７】
図２は第１の電力変換器１０５の構成を示す概略ブロック図、図３は第２の電力変換器１０６の構成を示す概略ブロック図である。図２において、第１の電力変換器１０５は、補機用蓄電池１０４から電力が供給され、電源回路５０１が駆動する。電源回路５０１は、主回路５０２および主回路５０２を制御する制御回路５０３に必要な電力を供給する。これにより、交流電源１１１の交流電圧を駆動用蓄電池１０３を充電するための直流電圧に変換する主回路５０２が、駆動可能な状態となる。５０４、５０５は駆動用蓄電池１０３を充電する充電電流Ｉ０、駆動用蓄電池電圧Ｖｂを検出するそれぞれ電流センサ、電圧センサであり、検出結果は制御回路５０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。１０３ａは駆動用蓄電池１０３の残容量である充電状態ＳＯＣを検出する残容量センサである。なお駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣとして電圧センサ５０５からの駆動用蓄電池電圧Ｖｂを使用してもよい。残容量センサ１０３ａと電圧センサ５０５は充電状態モニタを構成する。
【００２８】
図３において、第２の電力変換器１０６は、補機用蓄電池１０４から電力を供給され、電源回路６０１が駆動する。電源回路６０１は、主回路６０２および主回路６０２を制御する制御回路６０３に必要な電力を供給する。これにより、駆動用蓄電池１０３の直流電圧を、補機用蓄電池１０４を充電、および負荷へ電力供給するための直流電圧に変換する主回路６０２が、駆動可能な状態となる。６０４、６０５は補機用蓄電池１０４を充電する充電電流Ｉ１、補機用蓄電池電圧Ｖｃを検出するそれぞれ電流センサ、電圧センサであり、検出結果は制御回路５０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。
【００２９】
この実施の形態では、制御装置１０８へは、補機用蓄電池１０４から常に電力供給されているものとする。
【００３０】
補機用蓄電池１０４から、第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６への電力供給は、図１に示したリレーやコンタクタ等のスイッチの類からなるスイッチ１１２、１１３を制御装置１０８から制御することで行われる。通常、スイッチ１１２は駆動用蓄電池１０３を充電する時以外はＯＦＦ、スイッチ１１３は駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４を充電する時と車両走行時以外はＯＦＦである。また補機用蓄電池１０４から負荷類１１０への電力供給は、同様にリレーやコンタクタ等のスイッチの類からなるスイッチ１１５を制御装置１０８から制御することで行われる。これは例えば制御装置１０８の後述する補機電力制御部８０７により制御され、このため制御装置１０８に例えば車両駆動制御装置等からの車両走行信号Ｄが入力される。なおスイッチ１１２，１１３，１１４，１１５は給電接続切換手段を構成する。
【００３１】
図４は、制御装置１０８の詳細を示すブロック図である。制御装置１０８は、第１の電力変換器制御部８０１と、第２の電力変換器制御部８０２と、駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣ(state of charge：残容量)をモニタする駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４と、駆動用蓄電池充電電流Ｉ０をモニタする駆動用蓄電池充電電流モニタ部８０３と、補機用蓄電池充電電流Ｉ１をモニタする補機用蓄電池充電電流モニタ部８１１とを備える。また、駆動用蓄電池電圧Ｖｂをモニタする駆動用蓄電池電圧モニタ部８０５と、補機用蓄電池電圧Ｖｃをモニタする補機用蓄電池電圧モニタ部８０６とを備える。さらに、補機用蓄電池１０４から負荷への電力供給を制御する補機電力制御部８０７を備える。
【００３２】
第１の電力変換器制御部８０１は、駆動用蓄電池電圧モニタ部８０５で得られた駆動用蓄電池電圧Ｖｂ、駆動用蓄電池充電電流モニタ部８０３で得られた駆動用蓄電池充電電流Ｉ０、駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４で得られた駆動用蓄電池充電状態ＳＯＣに基づいて、第１の電力変換器１０５を制御するための信号を生成し出力する。具体的には、駆動用蓄電池１０３の目標充電電圧や目標充電電流等である。
【００３３】
第２の電力変換器制御部８０２は、補機用蓄電池電圧モニタ部８０６で得られた補機用蓄電池電圧Ｖｃ、補機用蓄電池充電電流モニタ部８１１で得られた補機用蓄電池充電電流Ｉ１に基づいて、第２の電力変換器１０６を制御するための信号を生成し出力する。具体的には、駆動用蓄電池１０３の目標充電電圧等である。
【００３４】
補機電力制御部８０７は、駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４で得られた駆動用蓄電池充電状態ＳＯＣに基づいて、第２の電力変換器１０６および補機用蓄電池１０４からの供給電力が制限されるよう、接続負荷の一部を遮断するような制御信号を生成する。具体的には、各負荷(１１０、１０５，１０６)と第２の電力変換器１０６および補機用蓄電池１０４との接続を遮断するために設けられたリレーやコンタクタ等のスイッチ(図１に記載のスイッチ１１２、１１３、１１５)のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号または図示しない各種負荷の駆動制御信号などである。
【００３５】
図５は、一般的なリチウムイオン蓄電池の充電プロファイルである。以下で詳細を説明する。図５の(ａ)は、リチウムイオン蓄電池の１セルの蓄電池電圧(以下、セル電圧と言う)を示す図である。駆動用蓄電池１０３等、容量の大きな蓄電池はこのセルが複数直列に接続されたものである。蓄電池電圧は、セル電圧×セル数で規定される。１セルの蓄電池電圧は一般的に、図５の(ａ)に示す程度の電圧であることが多い。
【００３６】
図５の(ｂ)は、リチウムイオン蓄電池の充電電流を示す図である。セル電圧は一般的に、図５の(ａ)に示す２．５Ｖ程度を下回ると、過放電と呼ばれる電荷を著しく消耗した領域に入る。過放電領域へ入ると、図５の(ｂ)に記載する１Ｃ(１Ｃは蓄電池の定格容量で決まる値。公称容量値の容量を有するセルを定電流放電して、ちょうど１時間で放電終了となる電流値のこと。例えば、２．２Ａｈ(アンペアアワー)の公称容量値のセルでは１Ｃ＝２．２Ａ)で充電した場合、セルに不可逆的なダメージが発生する可能性がある。その場合、電荷を回復するために、予備充電と呼ばれる０．１Ｃ(Ｃ／１０)未満の電流で充電するモードで充電を行う。これにより、セル電圧が回復し、予備充電の閾値電圧２．５Ｖを越えると、通常充電モードで充電を行う。但し、一般的には、予備充電モードでの使用は蓄電池の寿命低下を招くため、常用するようなことはない。
【００３７】
通常充電は、定電流充電(急速充電)モードと定電圧充電(トップオフ充電)モードの２種類で構成される。定電流充電は、セル電圧が２．５Ｖから４．２Ｖとなるまで、通常１Ｃを超えない固定電流で充電する。この時のセルの充電は一般的に７０〜９０％程度まで完了している。定電圧充電は、定電流充電後、なるべく多くの容量まで充電するために実施する。電圧は４．２Ｖ一定となるよう充電する。この時、充電電流は、時間とともに減少し、一般的に充電電流がＣ／１０(０．１Ｃ)程度に低下したら充電完了とする。
【００３８】
この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の電圧が、定電流充電領域にあって、特に、予備充電領域に近い場合の制御を特徴としている。
【００３９】
次に、基本的な充電動作について説明する。図６は、交流電源１１１および駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４の入出力電力(電圧、電流)の関係を示す図である。
【００４０】
第１の電力変換器１０５は、交流電源１１１からの入力電力(交流電力)をうけ、駆動用蓄電池１０３を充電する。この時、第１の電力変換器１０５の電力変換効率が理想的な１００％であれば、入力電力Ｗ０＝出力電力Ｗ１＝Ｖｂ×Ｉ０となる。
第２の電力変換器１０６は、駆動用蓄電池１０３からの電力で補機用蓄電池１０４を充電する。この時、第２の電力変換器１０６の電力変換効率が理想的な１００％であれば、入力電力Ｗ２＝Ｖｂ×Ｉｂ＝出力電力Ｗ３＝Ｖｃ×Ｉ１となる。
【００４１】
また、図６に示されたＩ０、Ｉ１は、制御装置１０８から各電力変換器に指令される各蓄電池の充電電流であり、各蓄電池の充電状態に基づくもので、瞬時的には固定値である。従って、負荷が各蓄電池１０３，１０４しかない理想的な状態であれば、Ｉ０＝Ｉａ、Ｉ１＝Ｉｃとなり、最適な充電が可能となる。
【００４２】
しかし実際には、第１の電力変換器１０５には負荷として駆動用蓄電池１０３および第２の電力変換器１０６が、第２の電力変換器１０６には負荷として補機用蓄電池１０４および第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、その他負荷類１１０が接続されている(第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８の接続は図１〜３参照)。
【００４３】
このため、補機用蓄電池１０４および第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、その他負荷類１１０に必要な電力(電流Ｉｄ)が増えると、Ｉｃ＜Ｉ１となり、充電効率が悪くなる。また、Ｉ１＜Ｉｄの場合には、充電すべき補機用蓄電池１０４から、電力を消費することになり、ひいては制御装置１０８から指令される充電電流Ｉ１が増加することとなる。Ｉ１が増加すればＩｂも増加し、同様に、Ｉａ＜Ｉ０となり、充電効率が悪くなり、Ｉ０＜Ｉｂの場合には、充電すべき駆動用蓄電池１０３の電力が消費される結果となる。
【００４４】
駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、満充電に近く、容量に余裕がある場合は、充電効率の悪化はするものの、駆動用蓄電池１０３がダメージをうけることはないが、駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、予備充電領域に近い場合は、前述のことが、駆動用蓄電池１０３に大きなダメージを与える可能性がある。従って、このような状況を回避する必要がある。
【００４５】
以下、駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、予備充電領域に近い場合の制御装置１０８の制御処理について説明する。図７は、駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８の処理(特に第１の電力変換器制御部８０１、第２の電力変換器制御部８０２、補機電力制御部８０７で共同して行われる)の概要を示すフローチャートである。以下、図７に沿って動作を説明する。
【００４６】
ステップＳ１０では、予め設定された諸条件(Ｖｂ，Ｉ０，Ｖｃ，Ｉ１，ＳＯＣ，Ｄ等に関する条件)に従い充電開始をするか否かを判定する。充電開始しないならば、そのまま終了する。充電開始するならば、ステップＳ１１では、第２の電力変換器１０６への補機電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１３がＯＮか否かを判定する。ＯＮでなければ、ステップＳ１２で、第２の電力変換器１０６への補機電力の供給のためのスイッチ１１３をＯＮにし、ステップＳ１３へ移行する。ＯＮであれば、そのままステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３では、第１の電力変換器１０５への補機電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１２をＯＮにする。ステップＳ１４で、第１の電力変換器１０５から駆動用蓄電池１０３への電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１４をＯＮにする。
【００４７】
ステップＳ１５では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第１の閾値ＴＨｐより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｐは図５に示した２．５Ｖ相当(実際には２．５Ｖ×駆動用蓄電池１０３での直列接続されたセル数、以下同様)とする。ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下と判断されれば、ステップＳ１６で過放電で充電不可と判断し、ステップＳ１７、Ｓ１８でスイッチ(ＳＷ)１１４、１１２をそれぞれＯＦＦして、充電制御を終了する。(前述したが、一般的には、蓄電池寿命の観点から蓄電池電圧がＴＨｐ以下の場合は使用しない。)
【００４８】
ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断されれば、ステップＳ１９へ移行する。ステップＳ１９では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第２の閾値ＴＨｃより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｃは図５に示した４．２Ｖ相当とする。ステップＳ１９で、ＳＯＣがＴＨｃ以下と判断されれば、定電流充電モードと判断し、ステップＳ２０へ移行する。ステップＳ１９で、ＳＯＣがＴＨｃより大きいと判断されれば、定電圧充電モードと判断し、ステップＳ２４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２０では、駆動用蓄電池１０３の充電電流Ｉ０を決定し、ステップＳ２１へ移行する。ステップＳ２１では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第３の閾値ＴＨｒより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｒは図５に記載の２．５Ｖより少し高めの値、例えば、２．８〜３．０Ｖ程度とする。ＳＯＣがＴＨｒ以下と判断されれば、Ｓ２２へ移行する。ＳＯＣがＴＨｒより大きいと判断されれば、Ｓ１５へ戻る。ＴＨｒは、保護回路等で放電終始電圧として使用される値として、過放電にならない安全側かつ使用に支障をきたさない電圧である値を目安に規定される。
【００５０】
ステップＳ２２では、図１に負荷類１１０で示す、負荷が接続されているか否かを判定する。具体的には、スイッチ１１５がＯＮされているか否かを判定する。スイッチ１１５がＯＮされていれば、ステップＳ２３で、スイッチ１１５をＯＦＦし、負荷を遮断する。負荷が接続されていなければ、ステップＳ１５へ戻る。なお、ここでは、スイッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦで、負荷の接続を判定したが、ＣＡＮ(Controller Area Network)通信等による負荷類と制御装置１０８間の相互通信等により判定してもよい。
【００５１】
ステップＳ２４では、充電電流Ｉ０が、所定の第１の閾値ＴＨｐｉより小さいか否かを判定する。ここでＴＨｐｉは図５に示す、０．１Ｃ(Ｃ／１０)相当である。所定の閾値ＴＨｐｉより小さければ、充電完了として、ステップＳ１７およびステップＳ１８でスイッチ(ＳＷ)１１４、１１２をＯＦＦして充電制御を終了する。所定の閾値ＴＨｐｉ以上であれば、ステップＳ２５へ移行する。ステップＳ２５では、駆動用蓄電池１０３の充電電流ＩＯを決定し、ステップＳ１５へ戻る。
【００５２】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが所定値(図７のＴＨｒ)以下となった場合に、補機用蓄電池１０４からの電力供給を、駆動用蓄電池１０３を充電するための第１の電力変換器１０５、補機用蓄電池１０４を充電するための第２の電力変換器１０６、第１および第２の電力変換器１０５，１０６および補機用蓄電池１０４に接続される負荷を制御するための制御装置１０８のみに限定することで、駆動用蓄電池１０３の充電処理を継続させ、駆動用蓄電池１０３の過放電を防止するとともに、電圧を通常状態にまで復帰させることができる。また、駆動用蓄電池１０３の充電処理を継続させることで、補機用蓄電池１０４の充電処理も継続させることができ、補機用蓄電池１０４の過放電を防止できる。これにより、駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４の劣化を防止することができる。
【００５３】
この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の充電状態(ＳＯＣ)および充電電流Ｉ０に基づき、制御装置１０８で負荷制御を行う構成としたが、第１の電力変換器１０５で負荷制御を行う構成(例えば第１の電力変換器１０５に制御装置１０８を設ける)としてもよい。
【００５４】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。この実施の形態２に係る充電装置１００ａは図１の充電装置１００に、第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６を冷却するための冷却装置１０９を追加した構成である。
【００５５】
第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、その電力の変換効率は理想的には１００％だが、実際にはそんなことはなく、充電時に電力を消費し発熱する。発熱は当然ながら、充電電力が高いほど大きい。また発熱した結果、電力変換器に搭載されている部品の保障温度を超えて、変換器が故障するなどの問題が発生する。従って、こういった充電装置では、冷却装置を備えているのが一般的である。
【００５６】
この実施の形態における第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、発熱が懸念される箇所等(主に変換器内部)に、温度を計測する温度センサ５０６、６０６(例えば図２，３に破線で例示)を備えている。検出結果は制御回路５０３，６０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。
【００５７】
図９は、この実施の形態２における制御装置１０８ａの詳細を示すブロック図である。この実施の形態における制御装置１０８ａは、冷却装置１０９の冷却装置制御部８０８、第１の電力変換器１０５の温度センサ５０６の温度Ｔ０をモニタする第１の温度センサモニタ部８０９、第２の電力変換器１０６の温度センサ６０６の温度Ｔ１をモニタする第２の温度センサモニタ部８１０を有している。
【００５８】
図１０は、この実施の形態２における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理(特に第１の電力変換器制御部８０１、第２の電力変換器制御部８０２、補機電力制御部８０７、冷却装置制御部８０８で共同して行われる)の概要を示すフローチャートである。以下、図１０に沿って動作を説明する。
【００５９】
ステップＳ１０〜Ｓ２５は、図７に示した実施の形態１の各ステップと同様である。ステップＳ１４でスイッチ(ＳＷ)１１４をＯＮした後、ステップＳ３１へ移行する。ステップＳ３１では、冷却装置１０９の冷却動作を開始させる。また、ステップＳ１６またはステップＳ２４で、充電終了と判断された場合は、ステップＳ３２で冷却装置１０９の冷却動作を終了させる。
【００６０】
ステップＳ２１でＳＯＣがＴＨｒより大きいと判断された場合、またはステップＳ２５の後に、ステップＳ３３で、冷却装置１０９を制御する。冷却装置１０９の制御は、例えば、冷却装置１０９が第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６内を水を循環させるポンプ等の場合、それぞれの温度センサ５０６，６０６で検出された温度Ｔ０、Ｔ１に応じて、水の循環流量等を制御することで、温度に応じた冷却を行う。
【００６１】
ステップＳ２１で、ＳＯＣがＴＨｒ以下であると判断された場合、ステップＳ２２〜ステップＳ２３を実施後、ステップＳ３４へ移行する。ステップＳ３４では、冷却装置１０９の冷却条件を初期化する。例えば、冷却装置１０９が水を循環させるポンプ等の場合、循環流量等を予め設定された最低条件に制限し、電力消費を最小限にする。
【００６２】
ステップＳ３５では、第１の電力変換器１０５内の温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０より大きいか否かを判断する。温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０以下であれば、ステップＳ３６へ移行する。温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０より大きければ、ステップＳ３７へ移行する。
ステップＳ３６では、第２の電力変換器１０６内の温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１より大きいか否かを判断する。温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１以下であれば、ステップＳ１５へ戻る。温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１より大きければ、ステップＳ３７へ移行する。
【００６３】
ステップＳ３７では、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方に対して、電力変換器内の温度低減のため、ステップＳ２０で決定した充電電流Ｉ０を所定の条件で制限し、Ｓ１５へ戻る。充電電流Ｉ０の制限は、所定のステップ、例えば０．２Ａずつ、減少させる。図示は省略するが、充電電流Ｉ０が所定値以下となった場合は、充電停止(終了)を意味する。その際は、充電を終了させてもよい。また待機状態で温度が低減(例えばＴ０，Ｔ１がそれぞれ閾値Ｔｔｈ０，閾値Ｔｔｈ１以下又は未満になるまで)するのを待ってもよい。ここでの待機状態は、極力電力消費を抑える形態とすることが望ましい。
【００６４】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、冷却装置１０９を設けて、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方に対して、電力変換器内の温度に応じて冷却及び充電電流制限を行うことで、回路内の部品保障温度内で使用することができ、かつその条件で可能な最大電力で効率よく充電することが可能となる。
これはステップＳ３１，Ｓ３７の効果を示しており、ステップＳ３１で冷却を行うことで、温度上昇に伴い、充電条件の変更(充電電流ＩＯの減少)を不要とし、冷却ができない場合は、温度上昇に伴い、ステップＳ３７で定電流充電モードにおける充電電流ＩＯを例えば，１Ｃ→０．８Ｃ→０．６Ｃと減少させていくことで、消費電力低減を低減させ、発熱を抑えるとともになるべく最大の電力を保ちながら充電を行う。
なお、各実施の形態において同様であるが、基本として、充電時間は充電時間＝充電量／電流で規定されるので、充電時間をなるべく短くしたければ、定電流充電モードにおける充電電流値を大きくする必要がある。また，充電可能な最大電流は系統に依存する。従って、ステップＳ２０では、系統が出力可能でかつ各セルの充電電流が１Ｃを超えない最大の電流値(固定値)で急速充電を行うことが望ましい。一方、ステップＳ２５の定電圧充電モードでは、実際には、ＳＯＣがＴＨｃを超えないように充電電流Ｉ０を制御する。すなわち、充電電流Ｉ０が減少していく。従って、ステップＳ２５では、ＳＯＣがＴＨｃを超えない最大の電流値で充電を行うのが望ましい。ＳＯＣやＶｂにより、充電モードを選択した時点で、図５に示すプロファイルに基づいて充電が行われていることになる。
【００６５】
この実施の形態では、冷却装置１０９を水冷装置としたが、空冷装置を利用してもよい。また、充電電流Ｉ０の制限は、所定のステップで減少させることとしたが、最小値まで減少させて所定のステップで増加させるような方法でもよい。さらに、温度センサ５０６、６０６の温度Ｔ０、Ｔ１に基づき、制御装置１０８で冷却制御を行う構成としたが、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方において冷却制御を行う構成としてもよい。また、温度センサは各１つでなく、それぞれ複数用意してもよい。
【００６６】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態２と同じである。この実施の形態における第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、実施の形態２と同様、発熱が懸念される箇所等に、温度を計測する温度センサ５０６、６０６(図２，３参照)を備えている。
【００６７】
図１１は、この実施の形態３における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１１に沿って動作を説明する。
【００６８】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７は、図１０に示した実施の形態２の各ステップと同様である。ステップＳ２１で、ＳＯＣがＴＨｒ以下であると判断された場合、ステップＳ２２〜ステップＳ２３を実施後、ステップＳ４１へ移行する。ステップＳ４１では、冷却がされているかどうかを確認する。冷却されていなければ、ステップＳ４２で、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。
【００６９】
第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きければ、ステップＳ４３で冷却条件を初期化する。例えば、冷却装置１０９が水を循環させるポンプ等の場合、循環流量等を規定された最低条件に制限し、電力消費を最小限にする。その後ステップＳ１５に戻る。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨ以下であれば、冷却は停止させたままで、ステップＳ３５へ移行する。
【００７０】
一方、ステップＳ４１で冷却されていれば、ステップＳ４４で、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きければ、冷却はさせたままで、ステップＳ３５へ移行する。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨ以下であれば、第２の電力変換器１０６からの供給電力をさらに制限する必要ありと判断し、ステップＳ４５で冷却を停止させ、ステップＳ３５へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３５〜Ｓ３７は、上述の分岐により、冷却条件が前回と変わらないか、悪くなった場合にのみ実施することになる。
【００７２】
蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力変動の原理は、図６の説明に記載の通りであり、蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力が増加する場合は、補機用蓄電池１０４の容量が消費され、ひいては駆動用蓄電池１０３の容量も消費されている。通常、補機用蓄電池電圧Ｖｃは、第２の電力変換器１０６にて充電時は、所定の充電電圧目標値に固定されている。
【００７３】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが所定の閾値ＴＨ以下であれば、冷却を停止し間欠動作とすることで、第２の電力変換器１０６からの供給電力をさらに制限し、補機用蓄電池１０４の過放電を防止しつつ、その条件で可能な最大電力で効率よく充電することが可能となる。
【００７４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態３と同じである。この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の電圧が、予備充電領域にある場合の充電動作について説明する。
【００７５】
実施の形態１において、予備充電モードでの使用は、一般的には、蓄電池の寿命低下を招くため、常用するようなことはないと記載した。しかしながらここでは、常用ではなく、予想外の駆動用蓄電池１０３の電圧低下、例えば、走行時に充電スタンドが見つからず、予想以上に蓄電池を消耗した場合や、長期間にわたって車両を使用せず、蓄電池電圧が放電してしまった場合など、特殊な場合を想定している。
【００７６】
図１２は、この実施の形態４における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１２に沿って動作を説明する。
【００７７】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７、Ｓ４１〜Ｓ４５は、図１１に示した実施の形態３の各ステップと同様である。ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された場合、ステップＳ１６にかわり、ステップＳ５１へ移行する。ステップＳ５１では、充電装置が車に搭載されてから、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐをカウントアップし、ステップＳ５２へ移行する。
【００７８】
ステップＳ５２では、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより大きいか否かを判定する。ここで、所定の閾値ＴＨｃｐは１〜１０回程度とする。ステップＳ５２で、Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより大きければ、蓄電池寿命が懸念されるため、充電終了とし、ステップＳ３２へ移行する。図示しないが、このような場合は、例えば補機電力制御部８０７等の制御により異常ランプ等を点灯する制御信号を出力するなどして、ディラー等での点検が必要なことをユーザーに促す。ユーザーへの異常通知は、Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより数回前の段階でもよい。
【００７９】
ステップＳ５２で、Ｃｐが所定閾値ＴＨｃｐ以下であれば、ステップＳ５３へ移行する。ステップＳ５３では、駆動用蓄電池１０３の充電電流Ｉ０をＩｐに設定する。ここでＩｐは、図５に示すＣ／１０(０．１Ｃ)よりも小さい値、例えばＣ／１５などに設定する。ステップＳ５３が終了した後は、実施の形態３同様、ステップＳ２２以降を実施することで、第２の電力変換器１０６の出力電力を絞る。なお、ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断された場合は、いわゆる通常充電モード(例えば図５に示す定電流充電、定電圧充電に基づくもの)に復帰することとなる。
【００８０】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、さらに、過放電領域と判定され、充電されない領域に対しても、回数限定で所定の充電処理を実施することで、蓄電池を復帰させることができる。これにより、本来ならば必要となる、蓄電池交換等が不要となる。
【００８１】
この実施の形態では、過放電領域の充電を回数制限したが、予備充電の総時間を制限してもよい。すなわち、ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された場合、ステップＳ５１で、過放電の判断回数に代わってタイマーで過放電状態での予備充電の時間のカウントを開始し、ステップＳ５２で予備充電の総時間が所定の閾値を超えた場合に充電終了とする。また、所定時間経過しても通常充電モードへの復帰ができるか否か(＝蓄電池電圧が回復するか否か)を条件として、蓄電池寿命を判断し、蓄電池寿命が維持できるまでとしてもよい。また、通常充電モードへの復帰を、ＳＯＣがＴＨｐより大きくなるまでとしたが、予備充電モードへ遷移した後は、ＴＨｐより大きな値、例えば、ＴＨｒを通常充電モードへの復帰閾値にしてもよい。
【００８２】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態４と同じである。この実施の形態では、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧を下げることで、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がある場合には、第２の電力変換器１０６を待機モードとして消費電力をおさえ、駆動用蓄電池１０３の充電の効率を上げるようにした。図９に記載の第２の電力変換器制御部８０２から出力される制御信号には、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧Ｖｃｔ(＝Ｖｃ)が含まれる。Ｖｃｔ(＝Ｖｃ)は、通常充電時は、例えば１４．４Ｖである。
【００８３】
図１３は、この実施の形態５における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１３に沿って動作を説明する。
【００８４】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７、Ｓ４１〜Ｓ４５、Ｓ５１〜Ｓ５３は、図１２に示した実施の形態４の各ステップと同様である。ステップＳ５２で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐ以下であれば、ステップＳ６１へ移行する。
【００８５】
ステップＳ６１では、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧ＶｃｔをＶｐに設定する。ここで、Ｖｐは、通常充電時よりも低く、蓄電池電圧が過放電にならない範囲、例えば、１２Ｖ等に設定する。以下の処理は実施の形態４と同様である。但し、通常充電モードへ復帰した際には、ステップＳ６２に示すように、Ｖｃｔ＝Ｖｃ、Ｖｃは例えば、１４．４Ｖへ戻す。
【００８６】
次に、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧ＶｃｔをＶｐに設定した場合の動作を、図１４を用いて説明する。通常充電モードの場合、例えば、Ｖｃｔ＝１４．４Ｖである。この際、補機用蓄電池１０４の蓄電池電圧Ｖｃ＝１３Ｖ＜１４．４Ｖであった場合、Ｖｃ＜Ｖｃｔであるから、Ｉ１は第２の電力変換器１０６から補機用蓄電池１０４(図中、↓の方向)へ流れ、充電が行われる。
【００８７】
しかしながら、例えば、Ｖｃｔ＝１２Ｖとした場合、補機用蓄電池１０４の蓄電池電圧Ｖｃ＝１３Ｖ＞１２Ｖ＝Ｖｃｔ(＝Ｖｐ)であるから、Ｉ１は補機用蓄電池１０４から補機類(負荷類１１０等)の方(図中、↓と逆方向)へ流れ、放電が行われる(消費される)。この場合、第２の電力変換器１０６もＶｃ＞Ｖｃｔのため、充電動作は行わず、待機状態に入ることになる。
【００８８】
従って、ステップＳ６１で、Ｖｃｔ＝Ｖｐに設定された場合、補機用蓄電池１０４の電圧Ｖｃ＞Ｖｐの場合、第２の電力変換器１０６は充電動作を行わず、待機状態にはいる。このため、駆動用蓄電池１０３の供給電力は、第２の電力変換器１０６によって消費されず、効率よく充電されることとなる。ただし、負荷類、ここでは制御装置１０８、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６(待機)、冷却装置(水冷装置)１０９に必要な電力は、補機用蓄電池１０４から消費されることとなる。
【００８９】
補機用蓄電池１０４の消費がすすみ、補機用蓄電池１０４の電圧Ｖｃ＜Ｖｐとなった場合、第２の電力変換器１０６は充電動作を再開する。これにより、補機用蓄電池１０４は過放電となることなく、再度復帰することとなる。すなわち、予備充電モードの際は、上述の動作が繰り返し行われる。そしてステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断された場合は、いわゆる通常充電モードに復帰し、ステップＳ６２でＶｃｔがＶｃに戻される。
【００９０】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜４と同様の効果が得られるとともに、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧を下げることで、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がある場合には、第２の電力変換器１０６を待機モードとし、第２の電力変換器１０６分の消費電力をおさえることで、駆動用蓄電池１０３の充電をさらに、効率よく実施することができる。第２の電力変換器１０６と補機用蓄電池１０４の接続を切り離すわけではなく、目標充電電圧を下げているので、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がなくなった場合には、充電を再開し、補機用蓄電池１０４が過放電となることもない。特に、過放電領域では、極端に駆動用蓄電池１０３の容量が消耗していることから、この発明による第２の電力変換器１０６の出力を制限することが、効果的である。
【００９１】
なお上記説明では、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧の変更を、ＳＯＣがＴＨｐ以下の領域としたが、ＴＨｐより大きな値、例えば、ＴＨｒ以下としてもよい。
【００９２】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【００９３】
またこの発明は車載用充電装置に限定されることなく、駆動用蓄電池に相当する高圧用蓄電池と、補機用蓄電池に相当する低圧用蓄電池と、を備えた一般的な充電装置にも適用可能であり、相当の効果が得られる。
【符号の説明】
【００９４】
１００ １００ａ 充電装置、１０２ インバータ、１０３ 駆動用蓄電池、１０３ａ 残容量センサ(充電状態モニタ)、１０４ 補機用蓄電池、１０５ 第１の電力変換器、１０６ 第２の電力変換器、１０８，１０８ａ 制御装置、１０９ 冷却装置、１１０ 負荷類、１１１ 交流電源、１１２，１１３，１１４，１１５ スイッチ(給電接続切換手段)、５０１，６０１ 電源回路、５０２，６０２ 主回路、５０３，６０３ 制御回路、５０４，６０４ 電流センサ、５０５ 電圧センサ(充電状態モニタ)、６０５ 電圧センサ、５０６，６０６ 温度センサ、８０１ 第１の電力変換器制御部、８０２ 第２の電力変換器制御部、８０３ 駆動用蓄電池充電電流モニタ部、８０４ 駆動用蓄電池充電状態モニタ部、８０５ 駆動用蓄電池電圧モニタ部、８０６ 補機用蓄電池電圧モニタ部、８０７ 補機電力制御部、８０８ 冷却装置制御部、８０９ 第１の温度センサモニタ部、８１０ 第２の温度センサモニタ部、８１１ 補機用蓄電池充電電流モニタ部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は車載用充電装置および充電方法に関し、特に、車両外部から充電可能な高圧駆動用蓄電池および、高圧駆動用蓄電池から降圧型のコンバータを介して充電される低圧補機用蓄電池を充電する装置および充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に配慮した自動車として、電気自動車やハイブリッド車が注目されている。このような自動車は、従来の自動車同様に制御回路等を動作させる補機用蓄電池(低圧)とともに、従来のエンジンに代わり(加え)、インバータとインバータによって駆動される電動発電機(モータージェネレーター)を駆動させるための駆動用蓄電池(高圧)とを有している。
【０００３】
駆動用蓄電池(高圧)は、ハイブリッド車では、走行中の回生電力で充電されるが、近年では、ＰＨＥＶ車(Plug-in Hybrid Electric Vehicle：プラグインハイブリッドカー)や電気自動車のように、家庭用交流電源もしくは専用の充電設備によって、車両外部から充電可能なように構成されつつある。
【０００４】
駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)の充電を行うための制御装置は、いずれも一般的には補機用蓄電池(低圧)から電力供給される(例えば下記特許文献１参照)。
【０００５】
また、これらの補機用蓄電池(低圧)と駆動用蓄電池(高圧)、特に、２次蓄電池と言われる電気自動車やハイブリッド自動車用の駆動用の蓄電池(高圧)としては、一般的には、エネルギ密度の高いニッケル水素やリチウムイオン蓄電池が搭載される。しかしながら、このようなエネルギ密度の高い蓄電池は、急速(大電流)充放電、過放電や多頻度の充放電を行うと劣化し、著しく寿命が低下したり、過放電後に本来の性能を発揮できなくなることがある。このため、こういった蓄電池の過放電を防止するための技術が搭載されている。
【０００６】
例えば、下記特許文献２は、電動車の蓄電池過放電防止装置を開示する。この蓄電池過放電防止装置は、走行用モータへ電力を供給するための高圧で充電可能な走行用蓄電池と、走行用蓄電池からの電力供給をうけて低圧負荷へ給電する降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータと、この降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータにより充電される低圧用蓄電池とを備え、過放電の防止対策として、降圧型のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が所定範囲内に維持できない場合は、出力を停止するとともに、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断する手段を備える構成となっている。
【０００７】
これにより、低圧バッテリの過放電を防止し、また、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断することで低圧負荷消費電力を低減し、これにより高圧バッテリ(走行用蓄電池)の過放電も防止している。そして、高圧出力でなく、低圧負荷を、リレーを用いて遮断することにより、低コスト化を図っている。
【０００８】
また下記特許文献３は、二次蓄電池の過充電および過放電を回避するための充放電制御装置およびそれを搭載したハイブリッド車両を開示する。この充放電制御装置は、車両に搭載された二次蓄電池の蓄電池モデル式に基づいて、蓄電池の内部状態を推定する手段と、蓄電池の内部状態の推定値に基づいて、二次蓄電池が所定電力を継続的に出力可能な時間を予測する手段と、この予測時間を考慮して、二次蓄電池の過充電および過放電を回避するように負荷への動作指令を行う手段を備える。また、蓄電池性能を最大限に発揮するようにしている。
【０００９】
さらに下記特許文献４は、通常時充電モードと過放電時充電モードを備える充電器を開示する。この充電器は、充電器から蓄電池への充電電圧と電流を検出するセンサを備え、蓄電池の内部抵抗を演算することで、過放電状態か否かを判断する。これにより、過放電と判断された場合は、過放電時に適した充電を行い、蓄電池の寿命を損なうことなく(特に鉛蓄蓄電池の場合)、かつ充電作業性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−１４９８９７号公報
【特許文献２】特開平９−９４０２号公報(特許第３４９１７１４号公報)
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００８／０１６１２９号パンフレット
【特許文献４】特開平９−１６３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献２に記載の装置は、低圧用蓄電池から低圧負荷への電力供給を遮断することにより低圧バッテリの過放電防止、低圧負荷消費電力の低減をはかり高圧バッテリの過放電防止を実現している。しかしながら、特許文献１に記載するように、駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)の充電を行うための制御装置は、一般的には補機用蓄電池(低圧)から電力供給される。このため、過放電により、補機用蓄電池からの電力供給が遮断された場合、制御装置への電力供給が絶たれ、駆動用蓄電池(高圧)または補機用蓄電池(低圧)を充電することができなくなるという問題があった。
【００１２】
これを解決するために、特許文献３に記載の装置のように、負荷の動作を制御するような方法が考えられるが、制御する対象は二次蓄電池の負荷となっており、走行中の電力回生を前提とした蓄電池性能の最大限の発揮を主目的としたものである。このため、複雑な演算と制御が必要で、高価なものとなるという問題があった。
【００１３】
また、別な問題として、やむを得ず、過放電になってしまった場合には、蓄電池の寿命と判断され、蓄電池廃却・交換等の対応をせざるを得ないということがあった。そこで、特許文献４に記載の装置のように、過放電状態を判断し、蓄電池状態(通常／過放電)に応じた充電を行うことが考えられるが、補機用蓄電池(低圧)は、駆動用蓄電池(高圧)から充電されるため、駆動用蓄電池(高圧)が過放電の場合、補機用蓄電池から充電制御装置への電力供給が十分に行えなくなるという問題があった。
【００１４】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることが可能な、車載用充電装置およびその充電方法等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池と、前記駆動用蓄電池に接続され前記駆動用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、負荷である車両の補機に給電を行う相対的に低圧の補機用蓄電池と、前記駆動用蓄電池に接続され前記補機用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、を備え、前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類を含み、前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置およびその充電方法等にある。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の車載用充電装置およびその充電方法では、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の第１の電力変換器の構成を示す概略ブロック図である。
【図３】図１の第２の電力変換器の構成を示す概略ブロック図である。
【図４】図１の制御装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】一般的なリチウムイオン蓄電池の充電プロファイルを示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１における基本的な充電動作の説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図９】図８の制御装置の詳細を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態３における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態４における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態５における駆動用蓄電池の充電動作に関わる制御装置の処理の概要を示すフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態５における補機用蓄電池の充電動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
この発明は、駆動用蓄電池(高圧)の出力低下時に、駆動用蓄電池(高圧)および補機用蓄電池(低圧)の過放電を防止するとともに、駆動用蓄電池(高圧)の充電を継続させ、またその後の状況によっては、通常状態にまで復帰させることが可能な、充電装置、車載用充電装置およびその充電方法を提供する。また、駆動用蓄電池(高圧)の過放電時にも、蓄電池を復活させ、蓄電池廃却・交換を不要にすることが可能な装置、方法を提供する。
【００１９】
以下、この発明による充電装置、車載用充電装置およびその充電方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００２０】
なお以下では、一例としてこの発明の車載用充電装置が、車両の外部から駆動用蓄電池を充電し、エンジンを搭載しない電気自動車に搭載された場合を例に挙げて説明するが、この発明はこれに限定されることなく、例えばモータとエンジンを併用して走行するハイブリッド自動車(ＰＨＥＶ自動車を含む)に搭載される場合にも適用可能である。
【００２１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。この実施の形態１に係る充電装置１００は、駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６から構成される。
【００２２】
ここで、駆動用蓄電池１０３、例えば、エネルギ密度の高いニッケル水素蓄電池やリチウムイオン蓄電池と呼ばれるもので、大容量で比較的低コストであるものの、急速(大電流)充放電、過充放電や多頻度の充放電を行うと劣化しやすいという特性をもつものである。この実施の形態では、リチウムイオン蓄電池を想定している。
補機用蓄電池１０４は、一般的な、鉛蓄蓄電池を想定している。蓄電池電圧は、例えば、駆動用蓄電池１０３は３００Ｖ以上の高圧、補機用蓄電池１０４は一般的な１４Ｖ程度である。
【００２３】
第１の電力変換器１０５は、家庭用交流電源または専用のインフラ充電設備からなる交流電源１１１に接続され、交流電圧を駆動用蓄電池１０３に応じた直流電圧に変換して、駆動用蓄電池１０３を充電する。
【００２４】
第２の電力変換器１０６は、駆動用蓄電池１０３および第１の電力変換器１０５に接続され、駆動用蓄電池電圧および第１の電力変換器の出力電圧を、補機用蓄電池１０４に応じた直流電圧に変換して、補機用蓄電池１０４を充電する。
【００２５】
また、電動発電機(ＭＧ)１０１を制御するインバータ１０２は駆動用蓄電池１０３に、負荷類１１０は補機用蓄電池１０４および第２の電力変換器１０６に、それぞれ接続され、それぞれ必要な電力が供給される。
【００２６】
この実施の形態１においては、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、負荷類１１０は車両の補機である負荷に含まれ、それぞれ各装置を駆動させるための電源回路を持ち、各電源回路(図示省略)は、補機用蓄電池１０４の両端に接続され、補機用蓄電池１０４の電力供給によって動作するものである。
【００２７】
図２は第１の電力変換器１０５の構成を示す概略ブロック図、図３は第２の電力変換器１０６の構成を示す概略ブロック図である。図２において、第１の電力変換器１０５は、補機用蓄電池１０４から電力が供給され、電源回路５０１が駆動する。電源回路５０１は、主回路５０２および主回路５０２を制御する制御回路５０３に必要な電力を供給する。これにより、交流電源１１１の交流電圧を駆動用蓄電池１０３を充電するための直流電圧に変換する主回路５０２が、駆動可能な状態となる。５０４、５０５は駆動用蓄電池１０３を充電する充電電流Ｉ０、駆動用蓄電池電圧Ｖｂを検出するそれぞれ電流センサ、電圧センサであり、検出結果は制御回路５０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。１０３ａは駆動用蓄電池１０３の残容量である充電状態ＳＯＣを検出する残容量センサである。なお駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣとして電圧センサ５０５からの駆動用蓄電池電圧Ｖｂを使用してもよい。残容量センサ１０３ａと電圧センサ５０５は充電状態モニタを構成する。
【００２８】
図３において、第２の電力変換器１０６は、補機用蓄電池１０４から電力を供給され、電源回路６０１が駆動する。電源回路６０１は、主回路６０２および主回路６０２を制御する制御回路６０３に必要な電力を供給する。これにより、駆動用蓄電池１０３の直流電圧を、補機用蓄電池１０４を充電、および負荷へ電力供給するための直流電圧に変換する主回路６０２が、駆動可能な状態となる。６０４、６０５は補機用蓄電池１０４を充電する充電電流Ｉ１、補機用蓄電池電圧Ｖｃを検出するそれぞれ電流センサ、電圧センサであり、検出結果は制御回路５０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。
【００２９】
この実施の形態では、制御装置１０８へは、補機用蓄電池１０４から常に電力供給されているものとする。
【００３０】
補機用蓄電池１０４から、第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６への電力供給は、図１に示したリレーやコンタクタ等のスイッチの類からなるスイッチ１１２、１１３を制御装置１０８から制御することで行われる。通常、スイッチ１１２は駆動用蓄電池１０３を充電する時以外はＯＦＦ、スイッチ１１３は駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４を充電する時と車両走行時以外はＯＦＦである。また補機用蓄電池１０４から負荷類１１０への電力供給は、同様にリレーやコンタクタ等のスイッチの類からなるスイッチ１１５を制御装置１０８から制御することで行われる。これは例えば制御装置１０８の後述する補機電力制御部８０７により制御され、このため制御装置１０８に例えば車両駆動制御装置等からの車両走行信号Ｄが入力される。なおスイッチ１１２，１１３，１１４，１１５は給電接続切換手段を構成する。
【００３１】
図４は、制御装置１０８の詳細を示すブロック図である。制御装置１０８は、第１の電力変換器制御部８０１と、第２の電力変換器制御部８０２と、駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣ(state of charge：残容量)をモニタする駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４と、駆動用蓄電池充電電流Ｉ０をモニタする駆動用蓄電池充電電流モニタ部８０３と、補機用蓄電池充電電流Ｉ１をモニタする補機用蓄電池充電電流モニタ部８１１とを備える。また、駆動用蓄電池電圧Ｖｂをモニタする駆動用蓄電池電圧モニタ部８０５と、補機用蓄電池電圧Ｖｃをモニタする補機用蓄電池電圧モニタ部８０６とを備える。さらに、補機用蓄電池１０４から負荷への電力供給を制御する補機電力制御部８０７を備える。
【００３２】
第１の電力変換器制御部８０１は、駆動用蓄電池電圧モニタ部８０５で得られた駆動用蓄電池電圧Ｖｂ、駆動用蓄電池充電電流モニタ部８０３で得られた駆動用蓄電池充電電流Ｉ０、駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４で得られた駆動用蓄電池充電状態ＳＯＣに基づいて、第１の電力変換器１０５を制御するための信号を生成し出力する。具体的には、駆動用蓄電池１０３の目標充電電圧や目標充電電流等である。
【００３３】
第２の電力変換器制御部８０２は、補機用蓄電池電圧モニタ部８０６で得られた補機用蓄電池電圧Ｖｃ、補機用蓄電池充電電流モニタ部８１１で得られた補機用蓄電池充電電流Ｉ１に基づいて、第２の電力変換器１０６を制御するための信号を生成し出力する。具体的には、駆動用蓄電池１０３の目標充電電圧等である。
【００３４】
補機電力制御部８０７は、駆動用蓄電池充電状態モニタ部８０４で得られた駆動用蓄電池充電状態ＳＯＣに基づいて、第２の電力変換器１０６および補機用蓄電池１０４からの供給電力が制限されるよう、接続負荷の一部を遮断するような制御信号を生成する。具体的には、各負荷(１１０、１０５，１０６)と第２の電力変換器１０６および補機用蓄電池１０４との接続を遮断するために設けられたリレーやコンタクタ等のスイッチ(図１に記載のスイッチ１１２、１１３、１１５)のＯＮ／ＯＦＦを制御する信号または図示しない各種負荷の駆動制御信号などである。
【００３５】
図５は、一般的なリチウムイオン蓄電池の充電プロファイルである。以下で詳細を説明する。図５の(ａ)は、リチウムイオン蓄電池の１セルの蓄電池電圧(以下、セル電圧と言う)を示す図である。駆動用蓄電池１０３等、容量の大きな蓄電池はこのセルが複数直列に接続されたものである。蓄電池電圧は、セル電圧×セル数で規定される。１セルの蓄電池電圧は一般的に、図５の(ａ)に示す程度の電圧であることが多い。
【００３６】
図５の(ｂ)は、リチウムイオン蓄電池の充電電流を示す図である。セル電圧は一般的に、図５の(ａ)に示す２．５Ｖ程度を下回ると、過放電と呼ばれる電荷を著しく消耗した領域に入る。過放電領域へ入ると、図５の(ｂ)に記載する１Ｃ(１Ｃは蓄電池の定格容量で決まる値。公称容量値の容量を有するセルを定電流放電して、ちょうど１時間で放電終了となる電流値のこと。例えば、２．２Ａｈ(アンペアアワー)の公称容量値のセルでは１Ｃ＝２．２Ａ)で充電した場合、セルに不可逆的なダメージが発生する可能性がある。その場合、電荷を回復するために、予備充電と呼ばれる０．１Ｃ(Ｃ／１０)未満の電流で充電するモードで充電を行う。これにより、セル電圧が回復し、予備充電の閾値電圧２．５Ｖを越えると、通常充電モードで充電を行う。但し、一般的には、予備充電モードでの使用は蓄電池の寿命低下を招くため、常用するようなことはない。
【００３７】
通常充電は、定電流充電(急速充電)モードと定電圧充電(トップオフ充電)モードの２種類で構成される。定電流充電は、セル電圧が２．５Ｖから４．２Ｖとなるまで、通常１Ｃを超えない固定電流で充電する。この時のセルの充電は一般的に７０〜９０％程度まで完了している。定電圧充電は、定電流充電後、なるべく多くの容量まで充電するために実施する。電圧は４．２Ｖ一定となるよう充電する。この時、充電電流は、時間とともに減少し、一般的に充電電流がＣ／１０(０．１Ｃ)程度に低下したら充電完了とする。
【００３８】
この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の電圧が、定電流充電領域にあって、特に、予備充電領域に近い場合の制御を特徴としている。
【００３９】
次に、基本的な充電動作について説明する。図６は、交流電源１１１および駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４の入出力電力(電圧、電流)の関係を示す図である。
【００４０】
第１の電力変換器１０５は、交流電源１１１からの入力電力(交流電力)をうけ、駆動用蓄電池１０３を充電する。この時、第１の電力変換器１０５の電力変換効率が理想的な１００％であれば、入力電力Ｗ０＝出力電力Ｗ１＝Ｖｂ×Ｉ０となる。
第２の電力変換器１０６は、駆動用蓄電池１０３からの電力で補機用蓄電池１０４を充電する。この時、第２の電力変換器１０６の電力変換効率が理想的な１００％であれば、入力電力Ｗ２＝Ｖｂ×Ｉｂ＝出力電力Ｗ３＝Ｖｃ×Ｉ１となる。
【００４１】
また、図６に示されたＩ０、Ｉ１は、制御装置１０８から各電力変換器に指令される各蓄電池の充電電流であり、各蓄電池の充電状態に基づくもので、瞬時的には固定値である。従って、負荷が各蓄電池１０３，１０４しかない理想的な状態であれば、Ｉ０＝Ｉａ、Ｉ１＝Ｉｃとなり、最適な充電が可能となる。
【００４２】
しかし実際には、第１の電力変換器１０５には負荷として駆動用蓄電池１０３および第２の電力変換器１０６が、第２の電力変換器１０６には負荷として補機用蓄電池１０４および第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、その他負荷類１１０が接続されている(第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８の接続は図１〜３参照)。
【００４３】
このため、補機用蓄電池１０４および第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６、制御装置１０８、その他負荷類１１０に必要な電力(電流Ｉｄ)が増えると、Ｉｃ＜Ｉ１となり、充電効率が悪くなる。また、Ｉ１＜Ｉｄの場合には、充電すべき補機用蓄電池１０４から、電力を消費することになり、ひいては制御装置１０８から指令される充電電流Ｉ１が増加することとなる。Ｉ１が増加すればＩｂも増加し、同様に、Ｉａ＜Ｉ０となり、充電効率が悪くなり、Ｉ０＜Ｉｂの場合には、充電すべき駆動用蓄電池１０３の電力が消費される結果となる。
【００４４】
駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、満充電に近く、容量に余裕がある場合は、充電効率の悪化はするものの、駆動用蓄電池１０３がダメージをうけることはないが、駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、予備充電領域に近い場合は、前述のことが、駆動用蓄電池１０３に大きなダメージを与える可能性がある。従って、このような状況を回避する必要がある。
【００４５】
以下、駆動用蓄電池１０３および補機用蓄電池１０４が、予備充電領域に近い場合の制御装置１０８の制御処理について説明する。図７は、駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８の処理(特に第１の電力変換器制御部８０１、第２の電力変換器制御部８０２、補機電力制御部８０７で共同して行われる)の概要を示すフローチャートである。以下、図７に沿って動作を説明する。
【００４６】
ステップＳ１０では、予め設定された諸条件(Ｖｂ，Ｉ０，Ｖｃ，Ｉ１，ＳＯＣ，Ｄ等に関する条件)に従い充電開始をするか否かを判定する。充電開始しないならば、そのまま終了する。充電開始するならば、ステップＳ１１では、第２の電力変換器１０６への補機電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１３がＯＮか否かを判定する。ＯＮでなければ、ステップＳ１２で、第２の電力変換器１０６への補機電力の供給のためのスイッチ１１３をＯＮにし、ステップＳ１３へ移行する。ＯＮであれば、そのままステップＳ１３へ移行する。ステップＳ１３では、第１の電力変換器１０５への補機電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１２をＯＮにする。ステップＳ１４で、第１の電力変換器１０５から駆動用蓄電池１０３への電力の供給のためのスイッチ(ＳＷ)１１４をＯＮにする。
【００４７】
ステップＳ１５では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第１の閾値ＴＨｐより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｐは図５に示した２．５Ｖ相当(実際には２．５Ｖ×駆動用蓄電池１０３での直列接続されたセル数、以下同様)とする。ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下と判断されれば、ステップＳ１６で過放電で充電不可と判断し、ステップＳ１７、Ｓ１８でスイッチ(ＳＷ)１１４、１１２をそれぞれＯＦＦして、充電制御を終了する。(前述したが、一般的には、蓄電池寿命の観点から蓄電池電圧がＴＨｐ以下の場合は使用しない。)
【００４８】
ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断されれば、ステップＳ１９へ移行する。ステップＳ１９では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第２の閾値ＴＨｃより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｃは図５に示した４．２Ｖ相当とする。ステップＳ１９で、ＳＯＣがＴＨｃ以下と判断されれば、定電流充電モードと判断し、ステップＳ２０へ移行する。ステップＳ１９で、ＳＯＣがＴＨｃより大きいと判断されれば、定電圧充電モードと判断し、ステップＳ２４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ２０では、駆動用蓄電池１０３の充電電流Ｉ０を決定し、ステップＳ２１へ移行する。ステップＳ２１では、制御装置１０８へ入力される駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが、所定の第３の閾値ＴＨｒより大きいか否かを判定する。ここで、ＴＨｒは図５に記載の２．５Ｖより少し高めの値、例えば、２．８〜３．０Ｖ程度とする。ＳＯＣがＴＨｒ以下と判断されれば、Ｓ２２へ移行する。ＳＯＣがＴＨｒより大きいと判断されれば、Ｓ１５へ戻る。ＴＨｒは、保護回路等で放電終始電圧として使用される値として、過放電にならない安全側かつ使用に支障をきたさない電圧である値を目安に規定される。
【００５０】
ステップＳ２２では、図１に負荷類１１０で示す、負荷が接続されているか否かを判定する。具体的には、スイッチ１１５がＯＮされているか否かを判定する。スイッチ１１５がＯＮされていれば、ステップＳ２３で、スイッチ１１５をＯＦＦし、負荷を遮断する。負荷が接続されていなければ、ステップＳ１５へ戻る。なお、ここでは、スイッチ１１５のＯＮ／ＯＦＦで、負荷の接続を判定したが、ＣＡＮ(Controller Area Network)通信等による負荷類と制御装置１０８間の相互通信等により判定してもよい。
【００５１】
ステップＳ２４では、充電電流Ｉ０が、所定の第１の閾値ＴＨｐｉより小さいか否かを判定する。ここでＴＨｐｉは図５に示す、０．１Ｃ(Ｃ／１０)相当である。所定の閾値ＴＨｐｉより小さければ、充電完了として、ステップＳ１７およびステップＳ１８でスイッチ(ＳＷ)１１４、１１２をＯＦＦして充電制御を終了する。所定の閾値ＴＨｐｉ以上であれば、ステップＳ２５へ移行する。ステップＳ２５では、駆動用蓄電池１０３の充電電流ＩＯを決定し、ステップＳ１５へ戻る。
【００５２】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、駆動用蓄電池１０３の充電状態ＳＯＣが所定値(図７のＴＨｒ)以下となった場合に、補機用蓄電池１０４からの電力供給を、駆動用蓄電池１０３を充電するための第１の電力変換器１０５、補機用蓄電池１０４を充電するための第２の電力変換器１０６、第１および第２の電力変換器１０５，１０６および補機用蓄電池１０４に接続される負荷を制御するための制御装置１０８のみに限定することで、駆動用蓄電池１０３の充電処理を継続させ、駆動用蓄電池１０３の過放電を防止するとともに、電圧を通常状態にまで復帰させることができる。また、駆動用蓄電池１０３の充電処理を継続させることで、補機用蓄電池１０４の充電処理も継続させることができ、補機用蓄電池１０４の過放電を防止できる。これにより、駆動用蓄電池１０３、補機用蓄電池１０４の劣化を防止することができる。
【００５３】
この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の充電状態(ＳＯＣ)および充電電流Ｉ０に基づき、制御装置１０８で負荷制御を行う構成としたが、第１の電力変換器１０５で負荷制御を行う構成(例えば第１の電力変換器１０５に制御装置１０８を設ける)としてもよい。
【００５４】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２に係る車載用充電装置の構成を示す概略ブロック図である。この実施の形態２に係る充電装置１００ａは図１の充電装置１００に、第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６を冷却するための冷却装置１０９を追加した構成である。
【００５５】
第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、その電力の変換効率は理想的には１００％だが、実際にはそんなことはなく、充電時に電力を消費し発熱する。発熱は当然ながら、充電電力が高いほど大きい。また発熱した結果、電力変換器に搭載されている部品の保障温度を超えて、変換器が故障するなどの問題が発生する。従って、こういった充電装置では、冷却装置を備えているのが一般的である。
【００５６】
この実施の形態における第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、発熱が懸念される箇所等(主に変換器内部)に、温度を計測する温度センサ５０６、６０６(例えば図２，３に破線で例示)を備えている。検出結果は制御回路５０３，６０３を介してまたは直接、制御装置１０８に送られる。
【００５７】
図９は、この実施の形態２における制御装置１０８ａの詳細を示すブロック図である。この実施の形態における制御装置１０８ａは、冷却装置１０９の冷却装置制御部８０８、第１の電力変換器１０５の温度センサ５０６の温度Ｔ０をモニタする第１の温度センサモニタ部８０９、第２の電力変換器１０６の温度センサ６０６の温度Ｔ１をモニタする第２の温度センサモニタ部８１０を有している。
【００５８】
図１０は、この実施の形態２における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理(特に第１の電力変換器制御部８０１、第２の電力変換器制御部８０２、補機電力制御部８０７、冷却装置制御部８０８で共同して行われる)の概要を示すフローチャートである。以下、図１０に沿って動作を説明する。
【００５９】
ステップＳ１０〜Ｓ２５は、図７に示した実施の形態１の各ステップと同様である。ステップＳ１４でスイッチ(ＳＷ)１１４をＯＮした後、ステップＳ３１へ移行する。ステップＳ３１では、冷却装置１０９の冷却動作を開始させる。また、ステップＳ１６またはステップＳ２４で、充電終了と判断された場合は、ステップＳ３２で冷却装置１０９の冷却動作を終了させる。
【００６０】
ステップＳ２１でＳＯＣがＴＨｒより大きいと判断された場合、またはステップＳ２５の後に、ステップＳ３３で、冷却装置１０９を制御する。冷却装置１０９の制御は、例えば、冷却装置１０９が第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６内を水を循環させるポンプ等の場合、それぞれの温度センサ５０６，６０６で検出された温度Ｔ０、Ｔ１に応じて、水の循環流量等を制御することで、温度に応じた冷却を行う。
【００６１】
ステップＳ２１で、ＳＯＣがＴＨｒ以下であると判断された場合、ステップＳ２２〜ステップＳ２３を実施後、ステップＳ３４へ移行する。ステップＳ３４では、冷却装置１０９の冷却条件を初期化する。例えば、冷却装置１０９が水を循環させるポンプ等の場合、循環流量等を予め設定された最低条件に制限し、電力消費を最小限にする。
【００６２】
ステップＳ３５では、第１の電力変換器１０５内の温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０より大きいか否かを判断する。温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０以下であれば、ステップＳ３６へ移行する。温度Ｔ０が所定の閾値Ｔｔｈ０より大きければ、ステップＳ３７へ移行する。
ステップＳ３６では、第２の電力変換器１０６内の温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１より大きいか否かを判断する。温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１以下であれば、ステップＳ１５へ戻る。温度Ｔ１が所定の閾値Ｔｔｈ１より大きければ、ステップＳ３７へ移行する。
【００６３】
ステップＳ３７では、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方に対して、電力変換器内の温度低減のため、ステップＳ２０で決定した充電電流Ｉ０を所定の条件で制限し、Ｓ１５へ戻る。充電電流Ｉ０の制限は、所定のステップ、例えば０．２Ａずつ、減少させる。図示は省略するが、充電電流Ｉ０が所定値以下となった場合は、充電停止(終了)を意味する。その際は、充電を終了させてもよい。また待機状態で温度が低減(例えばＴ０，Ｔ１がそれぞれ閾値Ｔｔｈ０，閾値Ｔｔｈ１以下又は未満になるまで)するのを待ってもよい。ここでの待機状態は、極力電力消費を抑える形態とすることが望ましい。
【００６４】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、冷却装置１０９を設けて、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方に対して、電力変換器内の温度に応じて冷却及び充電電流制限を行うことで、回路内の部品保障温度内で使用することができ、かつその条件で可能な最大電力で効率よく充電することが可能となる。
これはステップＳ３１，Ｓ３７の効果を示しており、ステップＳ３１で冷却を行うことで、温度上昇に伴い、充電条件の変更(充電電流ＩＯの減少)を不要とし、冷却ができない場合は、温度上昇に伴い、ステップＳ３７で定電流充電モードにおける充電電流ＩＯを例えば，１Ｃ→０．８Ｃ→０．６Ｃと減少させていくことで、消費電力低減を低減させ、発熱を抑えるとともになるべく最大の電力を保ちながら充電を行う。
なお、各実施の形態において同様であるが、基本として、充電時間は充電時間＝充電量／電流で規定されるので、充電時間をなるべく短くしたければ、定電流充電モードにおける充電電流値を大きくする必要がある。また，充電可能な最大電流は系統に依存する。従って、ステップＳ２０では、系統が出力可能でかつ各セルの充電電流が１Ｃを超えない最大の電流値(固定値)で急速充電を行うことが望ましい。一方、ステップＳ２５の定電圧充電モードでは、実際には、ＳＯＣがＴＨｃを超えないように充電電流Ｉ０を制御する。すなわち、充電電流Ｉ０が減少していく。従って、ステップＳ２５では、ＳＯＣがＴＨｃを超えない最大の電流値で充電を行うのが望ましい。ＳＯＣやＶｂにより、充電モードを選択した時点で、図５に示すプロファイルに基づいて充電が行われていることになる。
【００６５】
この実施の形態では、冷却装置１０９を水冷装置としたが、空冷装置を利用してもよい。また、充電電流Ｉ０の制限は、所定のステップで減少させることとしたが、最小値まで減少させて所定のステップで増加させるような方法でもよい。さらに、温度センサ５０６、６０６の温度Ｔ０、Ｔ１に基づき、制御装置１０８で冷却制御を行う構成としたが、第１の電力変換器１０５と第２の電力変換器１０６の少なくとも一方において冷却制御を行う構成としてもよい。また、温度センサは各１つでなく、それぞれ複数用意してもよい。
【００６６】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態２と同じである。この実施の形態における第１の電力変換器１０５および第２の電力変換器１０６は、実施の形態２と同様、発熱が懸念される箇所等に、温度を計測する温度センサ５０６、６０６(図２，３参照)を備えている。
【００６７】
図１１は、この実施の形態３における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１１に沿って動作を説明する。
【００６８】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７は、図１０に示した実施の形態２の各ステップと同様である。ステップＳ２１で、ＳＯＣがＴＨｒ以下であると判断された場合、ステップＳ２２〜ステップＳ２３を実施後、ステップＳ４１へ移行する。ステップＳ４１では、冷却がされているかどうかを確認する。冷却されていなければ、ステップＳ４２で、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。
【００６９】
第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きければ、ステップＳ４３で冷却条件を初期化する。例えば、冷却装置１０９が水を循環させるポンプ等の場合、循環流量等を規定された最低条件に制限し、電力消費を最小限にする。その後ステップＳ１５に戻る。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨ以下であれば、冷却は停止させたままで、ステップＳ３５へ移行する。
【００７０】
一方、ステップＳ４１で冷却されていれば、ステップＳ４４で、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きいか否かを判断する。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨより大きければ、冷却はさせたままで、ステップＳ３５へ移行する。第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが、所定の閾値ＴＨ以下であれば、第２の電力変換器１０６からの供給電力をさらに制限する必要ありと判断し、ステップＳ４５で冷却を停止させ、ステップＳ３５へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３５〜Ｓ３７は、上述の分岐により、冷却条件が前回と変わらないか、悪くなった場合にのみ実施することになる。
【００７２】
蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力変動の原理は、図６の説明に記載の通りであり、蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力が増加する場合は、補機用蓄電池１０４の容量が消費され、ひいては駆動用蓄電池１０３の容量も消費されている。通常、補機用蓄電池電圧Ｖｃは、第２の電力変換器１０６にて充電時は、所定の充電電圧目標値に固定されている。
【００７３】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１および２と同様の効果が得られるとともに、さらに、第２の電力変換器１０６の蓄電池電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉ１に基づく電力Ｗｃが所定の閾値ＴＨ以下であれば、冷却を停止し間欠動作とすることで、第２の電力変換器１０６からの供給電力をさらに制限し、補機用蓄電池１０４の過放電を防止しつつ、その条件で可能な最大電力で効率よく充電することが可能となる。
【００７４】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態３と同じである。この実施の形態では、駆動用蓄電池１０３の電圧が、予備充電領域にある場合の充電動作について説明する。
【００７５】
実施の形態１において、予備充電モードでの使用は、一般的には、蓄電池の寿命低下を招くため、常用するようなことはないと記載した。しかしながらここでは、常用ではなく、予想外の駆動用蓄電池１０３の電圧低下、例えば、走行時に充電スタンドが見つからず、予想以上に蓄電池を消耗した場合や、長期間にわたって車両を使用せず、蓄電池電圧が放電してしまった場合など、特殊な場合を想定している。
【００７６】
図１２は、この実施の形態４における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１２に沿って動作を説明する。
【００７７】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７、Ｓ４１〜Ｓ４５は、図１１に示した実施の形態３の各ステップと同様である。ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された場合、ステップＳ１６にかわり、ステップＳ５１へ移行する。ステップＳ５１では、充電装置が車に搭載されてから、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐをカウントアップし、ステップＳ５２へ移行する。
【００７８】
ステップＳ５２では、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより大きいか否かを判定する。ここで、所定の閾値ＴＨｃｐは１〜１０回程度とする。ステップＳ５２で、Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより大きければ、蓄電池寿命が懸念されるため、充電終了とし、ステップＳ３２へ移行する。図示しないが、このような場合は、例えば補機電力制御部８０７等の制御により異常ランプ等を点灯する制御信号を出力するなどして、ディラー等での点検が必要なことをユーザーに促す。ユーザーへの異常通知は、Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐより数回前の段階でもよい。
【００７９】
ステップＳ５２で、Ｃｐが所定閾値ＴＨｃｐ以下であれば、ステップＳ５３へ移行する。ステップＳ５３では、駆動用蓄電池１０３の充電電流Ｉ０をＩｐに設定する。ここでＩｐは、図５に示すＣ／１０(０．１Ｃ)よりも小さい値、例えばＣ／１５などに設定する。ステップＳ５３が終了した後は、実施の形態３同様、ステップＳ２２以降を実施することで、第２の電力変換器１０６の出力電力を絞る。なお、ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断された場合は、いわゆる通常充電モード(例えば図５に示す定電流充電、定電圧充電に基づくもの)に復帰することとなる。
【００８０】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜３と同様の効果が得られるとともに、さらに、過放電領域と判定され、充電されない領域に対しても、回数限定で所定の充電処理を実施することで、蓄電池を復帰させることができる。これにより、本来ならば必要となる、蓄電池交換等が不要となる。
【００８１】
この実施の形態では、過放電領域の充電を回数制限したが、予備充電の総時間を制限してもよい。すなわち、ステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された場合、ステップＳ５１で、過放電の判断回数に代わってタイマーで過放電状態での予備充電の時間のカウントを開始し、ステップＳ５２で予備充電の総時間が所定の閾値を超えた場合に充電終了とする。また、所定時間経過しても通常充電モードへの復帰ができるか否か(＝蓄電池電圧が回復するか否か)を条件として、蓄電池寿命を判断し、蓄電池寿命が維持できるまでとしてもよい。また、通常充電モードへの復帰を、ＳＯＣがＴＨｐより大きくなるまでとしたが、予備充電モードへ遷移した後は、ＴＨｐより大きな値、例えば、ＴＨｒを通常充電モードへの復帰閾値にしてもよい。
【００８２】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る車載用充電装置の構成は上述の実施の形態４と同じである。この実施の形態では、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧を下げることで、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がある場合には、第２の電力変換器１０６を待機モードとして消費電力をおさえ、駆動用蓄電池１０３の充電の効率を上げるようにした。図９に記載の第２の電力変換器制御部８０２から出力される制御信号には、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧Ｖｃｔ(＝Ｖｃ)が含まれる。Ｖｃｔ(＝Ｖｃ)は、通常充電時は、例えば１４．４Ｖである。
【００８３】
図１３は、この実施の形態５における駆動用蓄電池１０３の充電制御に関わる制御装置１０８ａの処理の概要を示すフローチャートである。以下、図１３に沿って動作を説明する。
【００８４】
ステップＳ１０〜Ｓ２５、Ｓ３１〜Ｓ３７、Ｓ４１〜Ｓ４５、Ｓ５１〜Ｓ５３は、図１２に示した実施の形態４の各ステップと同様である。ステップＳ５２で、ＳＯＣがＴＨｐ以下である(過放電)と判断された回数Ｃｐが所定の閾値ＴＨｃｐ以下であれば、ステップＳ６１へ移行する。
【００８５】
ステップＳ６１では、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧ＶｃｔをＶｐに設定する。ここで、Ｖｐは、通常充電時よりも低く、蓄電池電圧が過放電にならない範囲、例えば、１２Ｖ等に設定する。以下の処理は実施の形態４と同様である。但し、通常充電モードへ復帰した際には、ステップＳ６２に示すように、Ｖｃｔ＝Ｖｃ、Ｖｃは例えば、１４．４Ｖへ戻す。
【００８６】
次に、補機用蓄電池１０４の充電目標電圧ＶｃｔをＶｐに設定した場合の動作を、図１４を用いて説明する。通常充電モードの場合、例えば、Ｖｃｔ＝１４．４Ｖである。この際、補機用蓄電池１０４の蓄電池電圧Ｖｃ＝１３Ｖ＜１４．４Ｖであった場合、Ｖｃ＜Ｖｃｔであるから、Ｉ１は第２の電力変換器１０６から補機用蓄電池１０４(図中、↓の方向)へ流れ、充電が行われる。
【００８７】
しかしながら、例えば、Ｖｃｔ＝１２Ｖとした場合、補機用蓄電池１０４の蓄電池電圧Ｖｃ＝１３Ｖ＞１２Ｖ＝Ｖｃｔ(＝Ｖｐ)であるから、Ｉ１は補機用蓄電池１０４から補機類(負荷類１１０等)の方(図中、↓と逆方向)へ流れ、放電が行われる(消費される)。この場合、第２の電力変換器１０６もＶｃ＞Ｖｃｔのため、充電動作は行わず、待機状態に入ることになる。
【００８８】
従って、ステップＳ６１で、Ｖｃｔ＝Ｖｐに設定された場合、補機用蓄電池１０４の電圧Ｖｃ＞Ｖｐの場合、第２の電力変換器１０６は充電動作を行わず、待機状態にはいる。このため、駆動用蓄電池１０３の供給電力は、第２の電力変換器１０６によって消費されず、効率よく充電されることとなる。ただし、負荷類、ここでは制御装置１０８、第１の電力変換器１０５、第２の電力変換器１０６(待機)、冷却装置(水冷装置)１０９に必要な電力は、補機用蓄電池１０４から消費されることとなる。
【００８９】
補機用蓄電池１０４の消費がすすみ、補機用蓄電池１０４の電圧Ｖｃ＜Ｖｐとなった場合、第２の電力変換器１０６は充電動作を再開する。これにより、補機用蓄電池１０４は過放電となることなく、再度復帰することとなる。すなわち、予備充電モードの際は、上述の動作が繰り返し行われる。そしてステップＳ１５で、ＳＯＣがＴＨｐより大きいと判断された場合は、いわゆる通常充電モードに復帰し、ステップＳ６２でＶｃｔがＶｃに戻される。
【００９０】
以上のように、この実施の形態によれば、上述の実施の形態１〜４と同様の効果が得られるとともに、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧を下げることで、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がある場合には、第２の電力変換器１０６を待機モードとし、第２の電力変換器１０６分の消費電力をおさえることで、駆動用蓄電池１０３の充電をさらに、効率よく実施することができる。第２の電力変換器１０６と補機用蓄電池１０４の接続を切り離すわけではなく、目標充電電圧を下げているので、補機用蓄電池１０４の残容量に余裕がなくなった場合には、充電を再開し、補機用蓄電池１０４が過放電となることもない。特に、過放電領域では、極端に駆動用蓄電池１０３の容量が消耗していることから、この発明による第２の電力変換器１０６の出力を制限することが、効果的である。
【００９１】
なお上記説明では、第２の電力変換器１０６の目標充電電圧の変更を、ＳＯＣがＴＨｐ以下の領域としたが、ＴＨｐより大きな値、例えば、ＴＨｒ以下としてもよい。
【００９２】
なおこの発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。
【００９３】
またこの発明は車載用充電装置に限定されることなく、駆動用蓄電池に相当する高圧用蓄電池と、補機用蓄電池に相当する低圧用蓄電池と、を備えた一般的な充電装置にも適用可能であり、相当の効果が得られる。
【符号の説明】
【００９４】
１００ １００ａ 充電装置、１０２ インバータ、１０３ 駆動用蓄電池、１０３ａ 残容量センサ(充電状態モニタ)、１０４ 補機用蓄電池、１０５ 第１の電力変換器、１０６ 第２の電力変換器、１０８，１０８ａ 制御装置、１０９ 冷却装置、１１０ 負荷類、１１１ 交流電源、１１２，１１３，１１４，１１５ スイッチ(給電接続切換手段)、５０１，６０１ 電源回路、５０２，６０２ 主回路、５０３，６０３ 制御回路、５０４，６０４ 電流センサ、５０５ 電圧センサ(充電状態モニタ)、６０５ 電圧センサ、５０６，６０６ 温度センサ、８０１ 第１の電力変換器制御部、８０２ 第２の電力変換器制御部、８０３ 駆動用蓄電池充電電流モニタ部、８０４ 駆動用蓄電池充電状態モニタ部、８０５ 駆動用蓄電池電圧モニタ部、８０６ 補機用蓄電池電圧モニタ部、８０７ 補機電力制御部、８０８ 冷却装置制御部、８０９ 第１の温度センサモニタ部、８１０ 第２の温度センサモニタ部、８１１ 補機用蓄電池充電電流モニタ部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に高圧の高圧用蓄電池と、
前記高圧用蓄電池に接続され前記高圧用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、
負荷に給電を行う相対的に低圧の低圧用蓄電池と、
前記高圧用蓄電池に接続され前記低圧用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、
前記高圧用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、
前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、
を備え、
前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記低圧用蓄電池に接続された負荷類を含み、
前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記低圧用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池と、
前記駆動用蓄電池に接続され前記駆動用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、
負荷である車両の補機に給電を行う相対的に低圧の補機用蓄電池と、
前記駆動用蓄電池に接続され前記補機用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、
前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、
前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、
を備え、
前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類を含み、
前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置。
【請求項３】
前記第２の電力変換器の電力供給先を、前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器に制限することで、供給電力を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器が動作する値に制限することを特徴とする請求項２に記載の車載用充電装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電力変換器の少なくとも一方を冷却する冷却装置を備え、前記第２の電力変換器の電力供給先を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器、および冷却装置に制限することで、供給電力を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器、および冷却装置が動作する値に制限することを特徴とする請求項２に記載の車載用充電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記冷却装置を、第２の電力変換器の出力電力を所定値に維持できる範囲で、間欠的に動作させることを特徴とする請求項４に記載の車載用充電装置。
【請求項６】
前記充電状態モニタの値から前記駆動用蓄電池が過放電と判断された場合に、前記第２の電力変換器は、通常充電時の充電電流より小さい値の充電電流に絞って、予備充電を行うことを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項７】
前記充電状態モニタの値から前記駆動用蓄電池が通常状態に復帰したと判断した場合に、前記第２の電力変換器は、通常充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項８】
前記第２の電力変換器による前記補機用蓄電池への目標充電電圧を所定値より小さく設定することで、供給電力を制限することを特徴とする請求項３から７までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項９】
前記第１の電力変換器が、変換器内の温度を計測する温度センサを備え、前記充電状態モニタの値から過放電ではない電圧低下であると判断される場合に、前記第１の電力変換器に、前記温度センサの値が所定値を超えない最大電力で前記駆動用蓄電池を充電させることを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項１０】
前記予備充電を行う回数を、所定回数以下に制限することを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項１１】
前記予備充電を行う総時間を、所定時間以下に制限することを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項１２】
第１の電力変換器で、車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池の充電を行い、前記駆動用蓄電池に接続され負荷である車両の補機に電力供給を行う第２の電力変換器で、相対的に低圧の補機用蓄電池の充電を行い、さらに前記負荷に給電を行い、制御装置で前記第１および第２の電力変換器および前記負荷の制御を行い、前記負荷を、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類とした車載用充電装置において、前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置における充電方法。
【請求項１】
相対的に高圧の高圧用蓄電池と、
前記高圧用蓄電池に接続され前記高圧用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、
負荷に給電を行う相対的に低圧の低圧用蓄電池と、
前記高圧用蓄電池に接続され前記低圧用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、
前記高圧用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、
前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、
を備え、
前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記低圧用蓄電池に接続された負荷類を含み、
前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記低圧用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池と、
前記駆動用蓄電池に接続され前記駆動用蓄電池の充電を行う第１の電力変換器と、
負荷である車両の補機に給電を行う相対的に低圧の補機用蓄電池と、
前記駆動用蓄電池に接続され前記補機用蓄電池の充電を行うと共に、前記負荷への電力供給を行う第２の電力変換器と、
前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタと、
前記第１および第２の電力変換器および前記負荷を制御する制御装置と、
を備え、
前記負荷は、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類を含み、
前記制御装置は、前記充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置。
【請求項３】
前記第２の電力変換器の電力供給先を、前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器に制限することで、供給電力を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器が動作する値に制限することを特徴とする請求項２に記載の車載用充電装置。
【請求項４】
前記第１および第２の電力変換器の少なくとも一方を冷却する冷却装置を備え、前記第２の電力変換器の電力供給先を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器、および冷却装置に制限することで、供給電力を、前記制御装置、第１および第２の電力変換器、および冷却装置が動作する値に制限することを特徴とする請求項２に記載の車載用充電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記冷却装置を、第２の電力変換器の出力電力を所定値に維持できる範囲で、間欠的に動作させることを特徴とする請求項４に記載の車載用充電装置。
【請求項６】
前記充電状態モニタの値から前記駆動用蓄電池が過放電と判断された場合に、前記第２の電力変換器は、通常充電時の充電電流より小さい値の充電電流に絞って、予備充電を行うことを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項７】
前記充電状態モニタの値から前記駆動用蓄電池が通常状態に復帰したと判断した場合に、前記第２の電力変換器は、通常充電を行うことを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項８】
前記第２の電力変換器による前記補機用蓄電池への目標充電電圧を所定値より小さく設定することで、供給電力を制限することを特徴とする請求項３から７までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項９】
前記第１の電力変換器が、変換器内の温度を計測する温度センサを備え、前記充電状態モニタの値から過放電ではない電圧低下であると判断される場合に、前記第１の電力変換器に、前記温度センサの値が所定値を超えない最大電力で前記駆動用蓄電池を充電させることを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の車載用充電装置。
【請求項１０】
前記予備充電を行う回数を、所定回数以下に制限することを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項１１】
前記予備充電を行う総時間を、所定時間以下に制限することを特徴とする請求項６に記載の車載用充電装置。
【請求項１２】
第１の電力変換器で、車両の駆動トルクを発生する電動発電機に給電する相対的に高圧の駆動用蓄電池の充電を行い、前記駆動用蓄電池に接続され負荷である車両の補機に電力供給を行う第２の電力変換器で、相対的に低圧の補機用蓄電池の充電を行い、さらに前記負荷に給電を行い、制御装置で前記第１および第２の電力変換器および前記負荷の制御を行い、前記負荷を、少なくとも前記制御装置、前記第１および第２の電力変換器、前記補機用蓄電池に接続された負荷類とした車載用充電装置において、前記駆動用蓄電池の充電状態をモニタする充電状態モニタの充電状態が所定値以下となった場合に、前記第２の電力変換器および前記補機用蓄電池からの供給電力を制限して前記第１の電力変換器の充電を継続させることを特徴とする車載用充電装置における充電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−３８９８３（Ｐ２０１３−３８９８３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４８０６（Ｐ２０１１−１７４８０６）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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