電動車両の充電装置
【課題】電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源からの電力によって高効率に充電することが可能な蓄電装置を提供する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃを、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインＰＬ１に出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、通常制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御によって、電源ラインＰＬ１の電圧を降圧して、メインバッテリ１０を充電する。一方、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、上アームオン制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定してメインバッテリ１０を充電する。制御装置３００は、外部充電の状態に基づいて、上アームオン制御を適用できる条件が成立しているときには上アームオン制御を適用する一方で、当該条件の非成立時には通常制御モードを適用する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃを、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインＰＬ１に出力する。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、通常制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御によって、電源ラインＰＬ１の電圧を降圧して、メインバッテリ１０を充電する。一方、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、上アームオン制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定してメインバッテリ１０を充電する。制御装置３００は、外部充電の状態に基づいて、上アームオン制御を適用できる条件が成立しているときには上アームオン制御を適用する一方で、当該条件の非成立時には通常制御モードを適用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両の充電装置に関し、より特定的には、電動車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源によって充電するための充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力を用いて車両駆動力を発生可能に構成された電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車等が知られている。電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって、車載蓄電装置を充電する構成が提案されている。以下では、外部電源による蓄電装置の充電を、単に「外部充電」とも称する。
【０００３】
特開２００７−３１８９７０号公報（特許文献１）には、ハイブリッド車両に搭載される２つの交流モータ、ならびに、これらの交流モータを駆動制御するためのインバータおよび昇圧コンバータを用いて、外部電源からの供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する充電装置を構成することが記載されている。特許文献１の充電装置は、２つの交流モータの中性点を介して外部電源からの電力を受けるように構成されている。
【０００４】
また、特開２００９−３３７８５号公報（特許文献２）では、複数の蓄電装置およびコンバータの組が並列に配置された電動車両の電源システムにおける充電制御が記載されている。具体的には、昇圧チョッパ型のＤＣ−ＤＣ変換回路（コンバータ）の上アーム素子をオンに固定することにより、蓄電装置を充電する制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１８９７０号公報
【特許文献２】特開２００９−３３７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の充電装置では、外部電源からの供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する際に、ＤＣ−ＤＣ変換動作に伴うスイッチング素子での電力損失や、平滑インダクタの鉄損および銅損の発生により、充電効率を高めることに限界がある。
【０００７】
特許文献２は、チョッパ型のＤＣ−ＤＣ変換回路において上アーム素子をオン固定して、ＤＣ−ＤＣ変換回路での効率を高めて蓄電装置を充電することを記載するが、このような充電制御がどのような条件下で適用されるべきかについては詳しく言及していない。しかしながら、外部充電の状態によっては、ＤＣ−ＤＣ変換回路の上アーム素子をオン固定することで、ＤＣ−ＤＣ変換回路以外での効率が低下するケースや、過大な電流が生じてしまうケースが発生する可能性がある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源からの電力によって高効率に充電することが可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、蓄電装置を搭載した電動車両の充電装置であって、第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、第１および、第２の電力変換器を制御するための制御装置とを備える。第１の電力変換器は、外部電源からの交流電圧を、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインに出力するための電力変換器である。第２の電力変換器は、外部電源によって、蓄電装置を充電する外部充電のときに、第１の電源ラインと、蓄電装置の正極と電気的に接続された第２の電源ラインとの間で直流電力変換を行うため電力変換器である。第２の電力変換器は、第１のノードと、第１の電源ラインとの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、第１のノードと、第２の電源ラインとの間に電気的に接続された第１のインダクタとを含む。制御装置は、外部充電のときに、第１のスイッチング素子のオンオフ制御を伴って、蓄電装置を充電する第１の制御モードと、第１のスイッチング素子をオン固定して、蓄電装置を充電する第２の制御モードとを、外部充電の状態に応じて選択する。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、交流電圧のピーク電圧よりも、蓄電装置の電圧が高いときに、第２の制御モードを選択する。
【００１１】
また好ましくは、制御装置は、蓄電装置の充電電力が所定レベルよりも低いときに、第２の制御モードを選択する。
【００１２】
さらに好ましくは、第１の電力変換器は、整流器と、第２のインダクタと、第１のダイオードと、第２のスイッチング素子とを含む。整流器は、外部電源からの交流電圧を整流して第３の電源ラインに出力するように構成される。第２のインダクタは、第３の電源ラインおよび第２のノードの間に電気的に接続される。第１のダイオードは、第２のノードから、第１の電源ラインへ向かう方向を順方向として、第２のノードおよび、第１の電源ラインの間に電気的に接続される。第２のスイッチング素子は、第２のノードおよび、蓄電装置の負極と電気的に接続された第４の電源ラインの間に電気的に接続される。制御装置は、第２のインダクタを通過する電流が、目標電流と一致するように、第２のスイッチング素子のオンオフを制御する。目標電流は、交流電圧と位相が一致した交流電流の絶対値である。さらに、制御装置は、第１の制御モードでは、第１の電源ラインの電圧に応じて、目標電流の振幅を制御する一方で、第２の制御モードでは、第１の電源ラインの電圧によらず、目標電流の振幅を固定する。
【００１３】
また、さらに好ましくは、制御装置は、第１の制御モードでは、蓄電装置の充電電流と目標充電電流との偏差に応じて、第１のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御する。
【００１４】
あるいは、さらに好ましくは、制御装置は、第１の制御モードの選択中に、外部充電の状態が、第２の制御モードを適用可能な所定条件を満たした場合には、第１の電源ラインの電圧が、蓄電装置の電圧まで低下した後に、第１の制御モードから、第２の制御モードへの切換を実行する。
【００１５】
このような構成においては、制御装置は、外部充電の状態が、所定条件を満たした場合には、第１および、第２の電力変換器を停止させて、放電抵抗による放電によって、第１の電源ラインの電圧を低下させる。あるいは、制御装置は、外部充電の状態が、所定条件を満たした場合には、第２の電力変換器に対する、第１の電源ラインの電圧の目標電圧を、蓄電装置の電圧まで低下させる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、外部充電の状態に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換用のスイッチング素子のオンオフを固定する充電制御を適切に適用することによって、電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源からの電力によって高効率に充電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態の電動車両の充電装置の構成例を説明するための回路図である。
【図２】本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御を説明するフローチャートである。
【図３】通常制御モードにおける外部充電動作を説明するための第１の波形図である。
【図４】通常制御モードにおける外部充電動作を説明するための第２の波形図である。
【図５】上アームオン制御モードにおける外部充電動作を説明するための第１の波形図である。
【図６】上アームオン制御モードにおける外部充電動作を説明するための第２の波形図である。
【図７】本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御の制御構成を説明するための機能ブロック図である。
【図８】通常制御モードから上アームオン制御への移行例を説明するための第１の波形図である。
【図９】通常制御モードから上アームオン制御への移行例を説明するための第２の波形図である。
【図１０】通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第１の例を説明するための波形図である。
【図１１】通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第２の例を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の充電装置の構成例を説明するための回路図である。
【００２０】
図１を参照して、電動車両１００は、メインバッテリ１０と、電流センサ１２と、電池センサ１５と、電池監視ユニット２０と、システムメインリレー３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と、補機バッテリ４５と、駆動機器５０とを備える。上述のように、電動車両１００は、メインバッテリ１０からの電力を用いて車両駆動力を発生可能に構成されており、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車を包括する。
【００２１】
メインバッテリ１０は、「蓄電装置」の代表例として示される。メインバッテリ１０は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって「蓄電装置」を構成してもよい。
【００２２】
電流センサ１２は、メインバッテリ１０の出力電流（以下バッテリ電流とも称する）ＩＢを検出して、電池監視ユニット２０へ送出する。以下では、充電時のバッテリ電流ＩＢを正値で示すこととする。電池センサ１５は、メインバッテリ１０に取り付けられて、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢを検出する。電池センサの検出値は、電池監視ユニット２０へ送出される。
【００２３】
電池監視ユニット２０は、バッテリ電流ＩＢ、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、メインバッテリ１０の状態を監視する。代表的には、電池監視ユニット２０は、メインバッテリ１０における満充電容量に対する現在の充電量の比率（０〜１００％）で表わされる、ＳＯＣ（State of Charge）を算出する。また、電池監視ユニット２０は、メインバッテリ１０の状態に基づいて、メインバッテリ１０の充電電力上限値および放電電力上限値を設定する。
【００２４】
駆動機器５０は、メインバッテリ１０からの電力を用いて車両駆動力を発生するための図示しないモータジェネレータ（ＭＧ）と、当該モータジェネレータを駆動制御するための図示しない電力変換器（インバータ・コンバータ）とを含む。また、モータジェネレータ（ＭＧ）は、電動車両１００の回生制動時には、減速エネルギを電気エネルギに変換する発電機として動作する。回生発電された電力は、電力変換器（インバータ・コンバータ）によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。
【００２５】
システムメインリレー３０は、メインバッテリ１０および駆動機器５０との間の通電経路に接続される。システムメインリレー３０は、基本的には、車両走行時にオンされる一方で、外部充電時にはオフされる。但し、外部充電時に、補機系を動作させる必要がある場合には、ユーザ操作等によってシステムメインリレー３０がオンされてもよい。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、システムメインリレー３０に対して、駆動機器５０と並列に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、メインバッテリ１０の出力電圧を、補機系の電源電圧（たとえば１２Ｖ程度）に降圧する。ＤＣＤＣコンバータ４０は、代表的には、半導体スイッチング素子（図示せず）を含むスイッチングレギュレータであり、公知の任意の回路構成を適用することができる。
【００２７】
補機バッテリ４５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電圧によって充電される。補機バッテリ４５には、図示しない補機負荷が接続されている。この補機負荷は、補機バッテリ４５からの供給電力によって動作する、オーディオ機器、小型モータ類、あるいは制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）等を含む。
【００２８】
システムメインリレー３０がオンされると、メインバッテリ１０の電力が、駆動機器５０およびＤＣ−ＤＣコンバータ４０へ供給される。一方、システムメインリレー３０がオフされると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を含む補機系と、駆動機器５０とは、メインバッテリ１０から電気的に切離される。
【００２９】
次に、外部充電のための構成を詳細に説明する。電動車両１００は、さらに、外部充電リレー６０、充電装置２００を備える。充電装置２００には、外部充電用のインレット２０５が設けられる。
【００３０】
外部充電リレー６０は、電動車両１００の走行時にはオフされる一方で、外部充電時にオンされる。インレット２０５は、充電ケーブル４００を介して、外部電源５００と電気的に接続される。外部電源５００は、代表的には商用の系統電源である。
【００３１】
充電装置２００は、外部電源５００から供給される交流電力を、メインバッテリ１０を充電するための直流電力に変換する。
【００３２】
充電装置２００は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０と、平滑コンデンサ２２０と、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０と、制御装置３００と、電圧センサ３０２，３０７と、電流センサ３０５とを含む。
【００３３】
制御装置３００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００３４】
電圧センサ３０２は、インレット２０５に入力された、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃを検出する。
【００３５】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、非絶縁型の電力変換器で構成されて、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃ（以下、電源電圧ｖａｃとも称する）を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ１に出力する。平滑コンデンサ２２０は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。電圧センサ３０７は、電源ラインＰＬ１の電圧、すなわち平滑コンデンサ２２０の直流電圧ｖｄｃを検出する。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、非絶縁型の電力変換器で構成されて、電源ラインＰＬ１および電源ラインＰＬ２の間で直流電力変換を実行する。電源ラインＰＬ２は、外部充電リレー６０がオンすると、メインバッテリ１０の正極と電気的に接続される。同様に、接地ラインＧＬは、外部充電リレー６０がオンすると、メインバッテリ１０の負極と電気的に接続される。
【００３７】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、いわゆる昇圧チョッパの構成を有している。具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２と、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１とを有する。電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ１は、電源ラインＰＬ１およびノードＮ１の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、ノードＮ１および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置３００からの制御信号により制御される。
【００３９】
インダクタＬ１は、ノードＮ１および電源ラインＰＬ２の間に電気的に接続される。以下では、インダクタＬ１の通過電流を、電流ＩＬと表記する。キャパシタＣ１は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＧＬの間に接続される。キャパシタＣ１は、電流ＩＬに含まれる高周波成分を除去する役割を果たす。
【００４０】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は「第２の電力変換器」に対応し、スイッチング素子Ｑ１は「第１のスイッチング素子」に対応し、インダクタＬ１は「第１のインダクタ」に対応する。
【００４１】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、キャパシタＣ０と、インダクタＬ２と、スイッチング素子Ｑ３および逆並列ダイオードＤ３と、ダイオードＤ４と、ダイオードブリッジを構成するダイオードＤ５〜Ｄ８とを有する。
【００４２】
キャパシタＣ０は、外部電源５００からの電源電流ｉａｃの高周波成分を除去する。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、ダイオードブリッジを構成して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを整流して電源ラインＰＬ３へ出力する。インダクタＬ２は、電源ラインＰＬ３およびノードＮ２の間に電気的に接続される。電流センサ３０５は、インダクタＬ２の通過電流ｉＬを検出する。
【００４３】
スイッチング素子Ｑ３は、ノードＮ２および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ３には逆並列ダイオードＤ３が設けられている。ダイオードＤ４は、ノードＮ２および電源ラインＰＬ１の間に、ノードＮ２から電源ラインＰＬ１へ向かう方向を順方向として接続される。
【００４４】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、「第１の電力変換器」に対応する。スイッチング素子Ｑ３は「第２のスイッチング素子」に対応し、ダイオードＤ４は「第１のダイオード」に対応する。また、ダイオードＤ５〜Ｄ８によって構成されるダイオードブリッジが「整流器」に対応する。
【００４５】
制御装置３００は、電池監視ユニット２０からのバッテリ電流ＩＢおよびバッテリ電圧ＶＢ（あるいは、さらにＳＯＣ）、電圧センサ３０２からの電源電圧ｖａｃ、電流センサ３０５からの電流ｉＬ，ならびに、電圧センサ３０７からの直流電圧ｖｄｃに基づいて、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０による外部充電を制御する。具体的には、制御装置３００は、上述の電圧および電流によって外部充電の状態を把握するとともに、メインバッテリ１０の外部充電を適切に制御するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の制御信号を発生する。
【００４６】
図２は、本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御を説明するフローチャートである。
【００４７】
図２を参照して、制御装置３００は、ステップＳ１００により、外部充電の開始条件が成立しているかどうかを判定する。たとえば、充電ケーブル４００がインレット２０５に正常に接続されており、かつ、ユーザ指示等により外部充電が指示されていることで、ステップＳ１００がＹＥＳ判定とされる。
【００４８】
制御装置３００は、外部充電の開始条件が成立すると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２００により、外部充電を開始する。ステップＳ２００では、たとえば、外部充電リレー６０がオンされる。
【００４９】
制御装置３００は、外部充電時には、ステップＳ３００により、外部充電の状態に応じて、後程詳細に説明する上アームオン制御を適用できる条件が成立しているか否かを判定する。そして、制御装置３００は、当該条件の非成立時（Ｓ３００のＮＯ判定時）には、ステップＳ４００に処理を進めて、通常制御モードにより充電装置２００を制御する。一方、制御装置３００は、当該条件の成立時（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ４５０に処理を進めて、上アームオン制御モードにより充電装置２００を制御する
制御装置３００は、ステップＳ５００により、通常制御モード（Ｓ４００）または上アームオン制御モード（Ｓ４５０）が適用された外部充電よるメインバッテリ１０の充電が完了したかどうかを判定する。たとえば、メインバッテリ１０のＳＯＣが所定レベルに達すると、あるいは、ユーザによって指定された充電終了時刻が到来すると、ステップＳ５００はＹＥＳ判定とされる。
【００５０】
制御装置３００は、充電完了となるまでは（Ｓ５００のＮＯ判定時）、ステップＳ３００〜Ｓ５００の処理を繰返すことによって、メインバッテリ１０の外部充電を継続する。一方、制御装置３００は、充電が完了すると（Ｓ５００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ５１０に処理を進めて外部充電を終了する。ステップＳ５１０では、たとえば、外部充電リレー６０がオフされる。
【００５１】
このように、本実施の形態による電動車両の充電装置では、外部充電の状態に応じて、通常制御および上アームオン制御が選択的に適用される。次に、通常制御および上アームオン制御の詳細について説明する。
【００５２】
図３は、通常制御モードにおける充電装置２００の動作を説明するための波形図である。
【００５３】
図３を参照して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃは、所定周波数（以下、「電源周波数」と称する）の交流電圧である。ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、スイッチング素子Ｑ３のオン期間にはインダクタＬ２の電流ｉＬが増加する一方で、スイッチング素子Ｑ３のオフ期間にはインダクタＬ２の電流ｉＬが減少する。スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御により、インダクタＬ２の電流ｉＬを目標電流ｉＬ＊に合致させることができる。さらに、目標電流ｉＬ＊の大きさに応じて、ダイオードＤ４を経由して電源ラインＰＬ１へ供給される直流電流を制御できる。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃから電源ラインＰＬ１の直流電圧ｖｄｃへのＡＣ−ＤＣ変換を制御する。
【００５４】
ここで、目標電流ｉＬ＊を、電源電圧ｖａｃと同位相の交流電流の絶対値に設定すると、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃが同位相となり、外部電源５００から供給される電力の力率を１に近付けることができる。これにより、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃの積で示される瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力ＶＡの平均値である有効電力Ｐｅが大きくなる。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、ＡＣ−ＤＣ変換に加えて、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても動作できる。
【００５５】
平滑コンデンサ２２０は、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０からダイオードＤ４を経由して供給される電流により充電される。また、平滑コンデンサ２２０から放電される電流は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０を介してメインバッテリ１０を充電する。
【００５６】
これらの充放電により、平滑コンデンサ２２０の電圧、すなわち直流電圧ｖｄｃは、電源周波数の２倍の周波数で変動することになる。平滑コンデンサ２２０によって充放電される電力Ｐｃは、直流電圧ｖｄｃと同様に、電源周波数の２倍の周波数で変動する。
【００５７】
なお、後ほど詳細に説明するように、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０での目標電流ｉＬ＊の大きさ（振幅）は、直流電圧ｖｄｃを目標電圧ｖｄｃ＊と合致させるように制御される。外部充電時における目標電圧ｖｄｃ＊は、少なくとも、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高く設定される（たとえば、３００〜４００Ｖ程度）。
【００５８】
図４を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御により、電流ＩＬひいてはバッテリ電流ＩＢを制御する。なお、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は相補にオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ１のオン期間においてはスイッチング素子Ｑ２がオフされ、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にはスイッチング素子Ｑ２がオンされる。
【００５９】
図４に示されるように、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には電流ＩＬは上昇し、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には電流ＩＬは低下する。したがって、電流ＩＬの平均値は、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比により制御できる。
【００６０】
再び図３を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０によって制御された電流ＩＬから、キャパシタＣ１によってリップル成分が除去されたバッテリ電流ＩＢにより、メインバッテリ１０が充電される。バッテリ電流ＩＢは、電流ＩＬの平均値に相当する。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、電流ＩＬが目標充電電流ＩＢ＊と一致するように、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御する。
【００６１】
再び図１を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、外部電源５００からメインバッテリ１０を充電する一方向のみの電流制御に対応するためには、必ずしもスイッチング素子Ｑ２を有する必要はない。すなわち、下アームには、ダイオードＤ２のみが存在していればよい。ただし、スイッチング素子Ｑ２を設けることにより、メインバッテリ１０の出力電圧を昇圧して、平滑コンデンサ２２０を充電することが可能となる。すなわち、外部充電（特に、充電開始時）の制御の柔軟性が向上する。
【００６２】
図３および図４に示したように、通常制御モードでは、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い直流電圧（ｖｄｃ）に変換して、電源ラインＰＬ１に出力する。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御による、電源ラインＰＬ１およびＰＬ２の間の直流電力変換によって、メインバッテリ１０のバッテリ電流ＩＢを、目標充電電流ＩＢ＊に制御する。
【００６３】
次に、図５および図６を用いて、上アームオン制御時における充電装置２００の動作を説明する。
【００６４】
図５を参照して、上アームオン制御モードでは、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定する。一方で、スイッチング素子Ｑ２はオフに固定される。したがって、電源ラインＰＬ１およびＰＬ２は、常時電気的に接続されることになる。
【００６５】
この結果、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では電流および電圧が制御されなくなり、スイッチング素子Ｑ１を通過する電流Ｉ（Ｑ１）およびインダクタＬ１の電流ＩＬには、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０でのＡＣ−ＤＣ変換の際に発生した、電源周波数の２倍の周波数の変動成分が含まれることになる。
【００６６】
図６を参照して、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、通常制御モードと同様に動作して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い直流電圧（ｖｄｃ）に変換する。
【００６７】
上アームオン制御モードでは、オンに固定されるスイッチング素子Ｑ１を介して、メインバッテリ１０と平滑コンデンサ２２０とが接続されるため、直流電圧ｖｄｃは、バッテリ電圧ＶＢと同等となる。そして、平滑コンデンサ２２０が電力バッファとして機能することはなく、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０から供給される電流が、そのままメインバッテリ１０を充電するバッテリ電流ＩＢとなる。したがって、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、目標電流ｉＬ＊（図３）の大きさ（振幅）が、直流電圧ｖｄｃに応じて制御されることはなく、目標充電電流ＩＢ＊に対応した定数として設定される。
【００６８】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０から電源ラインＰＬ１へ供給される電流には、通常制御モードと同様に、電源周波数の２倍の周波数のリップル成分が含まれる。このリップル成分は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０での電流ＩＬ、図５に示したスイッチング素子Ｑ１の電流Ｉ（Ｑ１）、およびメインバッテリ１０のバッテリ電流ＩＢの各々にもそのまま重畳される。
【００６９】
図７は、外部充電制御の制御構成を説明するためのブロック図である。なお、図７に示された各機能ブロックについては、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵがソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。
【００７０】
図７を参照して、制御装置３００は、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０を制御するための制御部３２０と、制御モード選択部３４０と、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０を制御するための制御部３５０とを含む。
【００７１】
制御部３２０は、減算部３２２，３２８，３３４と、ＰＩ演算部３２４，３３２と、制御スイッチ３３０と、乗算部３２６と、ＰＷＭ制御部３３６とを含む。
【００７２】
減算部３２２は、直流電圧ｖｄｃの目標電圧ｖｄｃ＊から、電圧センサ３０７により検出された直流電圧ｖｄｃを減算する。ＰＩ演算部３２４は、減算部３２２によって演算された電圧偏差Δｖｄｃに基づく比例積分演算を実行する。ＰＩ演算部３２４による制御演算値は、直流電圧ｖｄｃを目標電圧ｖｄｃ＊に一致させるためのフィードバック演算値に相当する。
【００７３】
制御スイッチ３３０は、制御モード選択部３４０からの制御信号Ｓｍに従って制御される。制御信号Ｓｍによって通常制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３３０は、“ａ”側に制御されて、ＰＩ演算部３２４による制御演算値を、目標電流振幅ｉＬＡに設定する。一方、制御信号Ｓｍによって上アームオン制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３３０は、“ｂ”側に制御されて、目標充電電流ＩＢ＊に対応して定められた、フィードバック演算によらない定数Ｉｃｏｎｓｔを、目標電流振幅ｉＬＡ＊に設定する。
【００７４】
乗算部３２６は、制御スイッチ３３０が選択した目標電流振幅ｉＬＡ＊と、正弦波関数｜ｓｉｎωｔ｜とを乗算することによって、目標電流ｉＬ＊を算出する。このωは、外部電源５００の電源周波数に対応する。
【００７５】
減算部３２８は、乗算部３２６が算出した目標電流ｉＬ＊と、電流センサ３０５によって検出された電流ｉＬとの電流偏差ΔｉＬを演算する。ＰＩ演算部３３２は、減算部３２８によって演算された電流偏差ΔｉＬに基づく比例積分演算を実行する。減算部３３４は、電源電圧の絶対値｜ｖａｃ｜からＰＩ演算部３３２による制御演算値を減算することによって、制御指令値を設定する。
【００７６】
ＰＷＭ制御部３３６は、所定周波数のキャリア信号３３７と、減算部３３４からの制御指令値３３８との比較に基づいて、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御信号を生成する。具体的には、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）制御に従って、制御指令値３３８がキャリア信号３３７の電圧よりも高いときにはスイッチング素子Ｑ３がオンされ、反対に、制御指令値３３８がキャリア信号３３７の電圧よりも低いときには、スイッチング素子Ｑ３はオフされる。
【００７７】
制御部３５０は、減算部３５２と、ＰＩ演算部３５４と、ＰＷＭ制御部３５６と、制御スイッチ３６０と、反転器３６２とを含む。
【００７８】
減算部３５２は、メインバッテリ１０の目標充電電流ＩＢ＊からバッテリ電流ＩＢを減算する。ＰＩ演算部３５４は、減算部３５２によって演算された電流偏差ΔＩＢに基づく比例積分演算によって、制御指令値を生成する。ＰＩ演算部３５４による制御指令値は、バッテリ電流ＩＢを目標充電電流ＩＢ＊に一致させるためのフィードバック演算値に相当する。
【００７９】
ＰＷＭ制御部３５６は、所定周波数のキャリア信号３５７と、ＰＩ演算部３５４からの制御指令値３５８との比較に基づいて、制御パルスＣＰを生成する。制御パルスＣＰは、デューティ比ＤＴが０〜１．０のパルス状の信号となる。
【００８０】
制御スイッチ３６０は、制御モード選択部３４０からの制御信号Ｓｍに従って制御される。制御信号Ｓｍによって通常制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３６０は、“ａ”側に制御されて、ＰＩ演算部３５４からの制御パルスＣＰを、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号として出力する。
【００８１】
一方、制御信号Ｓｍによって上アームオン制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３６０は、“ｂ”側に制御される。このとき、制御スイッチ３６０は、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定するために、論理ハイレベルに固定された信号（すなわち、ＤＴ＝１．０）を、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号として出力する。
【００８２】
反転器３６２は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号の論理レベルを反転させて、スイッチング素子Ｑ２のオンオフ制御信号を発生する。
【００８３】
制御モード選択部３４０は、メインバッテリ１０の外部充電の状態に応じて、上アームオン制御の適用可否を判断するとともに、上アームオン制御を適用可能な条件が成立しているときには、上アームオン制御モードを選択するように、制御信号Ｓｍを発生する。一方で、上アームオン制御を適用可能な条件が非成立のときには、制御信号Ｓｍは、通常制御モードを選択するように設定される。
【００８４】
たとえば、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢと、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃのピーク値（振幅値）との比較に基づいて、上アームオン制御の適用可否を判断する。
【００８５】
上アームオン制御モードでは、メインバッテリ１０および電源ラインＰＬ１がスイッチング素子Ｑ１によって固定的に接続されるため、バッテリ電圧ＶＢと直流電圧ｖｄｃとが同等となる。このため、非絶縁型のＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値（振幅値）よりも低いと、外部電源５００からの電源電流ｉａｃを正確に制御することができなくなる。この結果、充電装置２００を流れる電流および充電電流（バッテリ電流ＩＢ）が過大となること、あるいは、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０による力率改善ができなくなることによる効率低下が懸念される。
【００８６】
したがって、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高いときに、上アームオン制御を適用可能と判断して、上アームオン制御モードを選択する。一方で、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値よりも低いときには、上アームオン制御を適用不能と判断して、通常制御モードを選択する。
【００８７】
図８には、通常制御モードから上アームオン制御への第１の移行例が示される。
図８を参照して、外部充電が開始される時刻ｔ０において、バッテリ電圧ＶＢは、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも低い。このため、上アームオフ制御はオフされて、通常制御モードによって、メインバッテリ１０は外部充電される。
【００８８】
通常制御モードでの外部充電によって、バッテリ電圧ＶＢは徐々に上昇する。そして、時刻ｔ２において、バッテリ電圧ＶＢは、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高くなる。この結果、上アームオフ制御はオフされるので、時刻ｔ１以降では、上アームオン制御モードによって、メインバッテリ１０は外部充電される。
【００８９】
そして、時刻ｔ３において、メインバッテリ１０の充電が完了することによって、外部充電が終了される。
【００９０】
このようにすると、上アームオン制御を適用すると過大電流の発生や力率低下が懸念される充電状態を回避して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０の効率が上昇する上アームオン制御を適用できる。また、通常制御モードおよび上アームオン制御モードを通じて、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０がＰＦＣ回路として動作できるので、外部充電の効率が上昇する。
【００９１】
なお、外部充電の開始時（時刻ｔ１）において、バッテリ電圧ＶＢが、既に電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い場合には、上アームオン制御モードのみを適用して外部充電を行うことが可能である。
【００９２】
あるいは、制御モード選択部３４０は、外部充電によるメインバッテリ１０の充電電力に基づいて、上アームオン制御の適用可否を判断する。
【００９３】
図５に示したように、上アームオン制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１の通過電流Ｉ（Ｑ１）に、電源周波数の２倍の周波数のリップル電流が発生する。この結果、電流Ｉ（Ｑ１）のピーク値が増加するため、このようなリップル電流が流れても、スイッチング素子Ｑ１の電流定格を越えない範囲内に収まる状態に限定して、上アームオン制御を適用することが必要である。
【００９４】
図９には、通常制御モードから上アームオン制御への第２の移行例が示される。
図９を参照して、外部充電の開始時（時刻ｔ０）において、充電電力Ｐｃｈの通常値に対応させて、目標充電電流ＩＢ＊が所定値に設定される。通常の充電電力では、上アームオフ制御はオフされて、通常制御モードが適用される。
【００９５】
通常制御モードでの外部充電によって、メインバッテリ１０のＳＯＣは徐々に上昇する。そして、ＳＯＣが所定値に達することにより充電がある程度まで進行したことが検知されると（時刻ｔ１１）、充電電力Ｐｃｈを絞るように、目標充電電流ＩＢ＊が低下される。そして、充電電力Ｐｃｈあるいは目標充電電流ＩＢ＊が所定の閾値まで低下すると（時刻ｔ２）、上アームオン制御を適用可能な条件が成立したと判断される。これにより、時刻ｔ１２以降では、メインバッテリ１０は、上アームオン制御モードにて外部充電される。
【００９６】
充電電力Ｐｃｈ、すなわち、目標充電電流ＩＢ＊が低い状態では、上アームオン制御モードを適用して、スイッチング素子Ｑ１の電流Ｉ（Ｑ１）にリップル電流が重畳されても、ピーク電流が低く抑えられる。言い換えると、上アームオン制御の適用時における、リップル電流による電流Ｉ（Ｑ１）のピーク値と、目標充電電流ＩＢ＊と、スイッチング素子Ｑ１の定格電流との関係に応じて、上アームオン制御モードの適用可否を判定するための目標充電電流ＩＢ＊（または、充電電力Ｐｃｈ）の閾値を予め決定することができる。
【００９７】
そして、時刻ｔ３において、メインバッテリ１０の充電が完了すると、外部充電が終了される。
【００９８】
このようにすると、上アームオン制御を適用するとスイッチング素子Ｑ１に過大な電流が流れることが懸念される充電状態を回避して、上アームオン制御を適用した高効率の外部充電を実現できる。
【００９９】
なお、２００ＶＡＣの外部電源５００に対応可能な充電装置２００において、１００ＶＡＣの外部電源５００を用いて外部充電を行うとき等、定格よりも低い電力で外部充電を行う際には、外部充電の開始時（時刻ｔ１）から充電完了（時刻ｔ２）までを通じて、上アームオン制御モードのみを適用して外部充電を行うことが可能である。
【０１００】
このように、本実施の形態による電動車両の充電装置によれば、外部充電状態に応じて、適切に上アームオン制御を適用することができる。すなわち、上アームオン制御の適用によって、過大電流や力率低下が発生することを防止した上で、上アームオン制御の適用による高効率の外部充電を実現することができる。
【０１０１】
次に、通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの好ましい移行制御についてさらに説明する。
【０１０２】
図１０は、通常制御から上アームオン制御に移行するときの制御動作を説明するための第１の波形図が示される。
【０１０３】
図１０を参照して、時刻ｔａまでは、図８または図９で例示した、上アームオン制御を適用可能な条件が成立しておらず、通常制御モードが適用される。このため、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ａ”側に接続されている。
【０１０４】
この結果、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０のスイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御によって、直流電圧ｖｄｃは目標電圧ｖｄｃ＊に制御されている。上述のように、目標電圧ｖｄｃ＊は、メインバッテリ１０の出力電圧より高い領域に設定されている。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０のスイッチング素子Ｑ１がオンオフ制御されることによって、直流電圧ｖｄｃを降圧してメインバッテリ１０が充電される。
【０１０５】
時刻ｔａにおいて、上アームオン制御を適用可能な条件が成立すると、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０が一旦停止する待機期間Ｔ０が設けられる。待機期間Ｔ０では、平滑コンデンサ２２０が図示しない放電抵抗によって放電されることによって、直流電圧ｖｄｃが徐々に低下する。放電抵抗は、図１の構成において、電源ラインＰＬ１および接地ラインＧＬの間に、平滑コンデンサ２２０と並列に接続することができる。
【０１０６】
待機期間Ｔ０の間に、直流電圧ｖｄｃはバッテリ電圧ＶＢまで低下する。直流電圧ｖｄｃがバッテリ電圧ＶＢに達した後も、ダイオードＤ１を通じて、メインバッテリ１０から平滑コンデンサ２２０に電流が供給されるため、両者の電圧は同等に維持される。
【０１０７】
時刻ｔｂにおいて待機期間Ｔ０が終了すると、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０が再び起動されるとともに、上アームオン制御モードが適用される。これにより、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ｂ”側に接続される。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１がオンに固定される。
【０１０８】
一方で、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御による電源電圧ｖａｃのＡＣ−ＤＣ変換動作によって、メインバッテリ１０の充電電流を発生する。
【０１０９】
図１０に示したような通常制御モードから上アームオン制御モードへの移行制御を適用することにより、上アームオン制御の開始時に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンした瞬間に生じる突入電流が抑制できる。この結果、上アームオン制御をさらに円滑に適用することができる。
【０１１０】
図１１は、通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第２の例を説明するための波形図である。
【０１１１】
図１１を参照して、図１０と同様に、上アームオン制御を適用可能な条件が成立する時刻ｔａまでは、通常制御モードが適用されている。さらに、時刻ｔａから時刻ｔｂまで、待機期間Ｔ０が設けられる。
【０１１２】
待機期間Ｔ０では、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０の起動が維持されるとともに、通常制御モードが適用される。そして、平滑コンデンサ２２０の目標電圧ｖｄｃ＊が、そのときのバッテリ電圧ＶＢに向かって徐々に低下される。ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、直流電圧ｖｄｃが目標電圧ｖｄｃ＊に従って低下するように、スイッチング素子Ｑ３のオンオフデューティが制御される。これにより、待機期間Ｔ０が終了するまでに、直流電圧ｖｄｃは、バッテリ電圧ＶＢまで低下する。
【０１１３】
時刻ｔｂからは、図１０と同様に、上アームオン制御モードが適用される。これにより、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ｂ”側に接続される。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１がオンに固定される。一方、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御による電源電圧ｖａｃのＡＣ−ＤＣ変換動作によって、メインバッテリ１０の充電電流を発生する。
【０１１４】
図１１に示したような通常制御モードから上アームオン制御モードへの移行制御によっても、図１０と同様に、上アームオン制御の開始時に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンした瞬間に生じる突入電流が抑制できる。さらに、図１０による移行制御とは異なり、平滑コンデンサ２２０に放電抵抗を設ける必要がないので、さらに効率を向上することができる。
【０１１５】
なお、図１０および図１１の待機期間Ｔ０は、タイマ値等に基づいて一定時間の経過によって終了させてもよく、電圧検出値の比較に基づいて直流電圧ｖｄｃがバッテリ電圧ＶＢまで低下したことが検知されることに応じて終了させてもよい。
【０１１６】
また、充電装置２００の構成、特に、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０やＤＣ−ＤＣ変換器２１０の構成は、本実施の形態での例示に限定されるものではない点を確認的に記載する。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、該電源電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換することが可能な非絶縁型の電力変換器であれば、図１の例示とは異なる回路構成を適用することができる。また、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、オン固定されたときに、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０からの電流をメインバッテリ１０へそのまま供給する経路を形成する一方で、オンオフ制御されたときにはメインバッテリ１０の充電電流を制御できるように配置されたスイッチング素子を具備する非絶縁型の構成であれば、図１の例示とは異なる回路構成を適用することができる。
【０１１７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、電動車両に搭載された蓄電装置を、車両外部の電源によって充電する際の充電制御に適用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０ メインバッテリ（蓄電装置）、１２，３０５ 電流センサ、１５ 電池センサ、２０ 電池監視ユニット、３０ システムメインリレー、４０ コンバータ、４５ 補機バッテリ、５０ 駆動機器、６０ 外部充電リレー、１００ 電動車両、２００ 充電装置、２０５ インレット、２１０ ＤＣ−ＤＣ変換器、２２０ 平滑コンデンサ、２５０ ＡＣ−ＤＣ変換器、３００ 制御装置、３０２，３０７ 電圧センサ、３２０ 制御部（ＡＣ−ＤＣ変換器）、３３６，３５６ ＰＷＭ制御部、３２２，３２８，３３４，３５２ 減算部、３２４，３３２，３５４ ＰＩ演算部、３２６ 乗算部、３３０，３６０ 制御スイッチ、３３７，３５７ キャリア信号、３３８，３５８ 制御指令値、３４０ 制御モード選択部、３５０ 制御部（ＤＣ−ＤＣ変換器）、３６２ 反転器、４００ 充電ケーブル、５００ 外部電源、Ｃ０，Ｃ１ キャパシタ、ＣＰ 制御パルス、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 逆並列ダイオード、Ｄ４〜Ｄ８ ダイオード、ＤＴ デューティ比、ＧＬ 接地ライン、ＩＢ バッテリ電流、ＩＢ＊ 目標充電電流、ＩＬ 電流、ｉＬＡ＊ 目標電流振幅、Ｉｃｏｎｓｔ 一定値（上アームオン制御時）、Ｉ（Ｑ１） 通過電流（スイッチング素子Ｑ１）、Ｌ１，Ｌ２ インダクタ、Ｎ１，Ｎ２ ノード、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３ 電源ライン、Ｐｃ 電力（平滑コンデンサ）、Ｐｃｈ 充電電力（メインバッテリ）、Ｐｅ 有効電力（外部電源）、Ｑ１〜Ｑ３ 電力用半導体スイッチング素子、Ｓ５１０ ステップ、Ｓｍ 制御信号（制御モード）、Ｔ０ 待機期間、ＴＢ バッテリ温度、ＶＡ 瞬時電力（外部電源）、ＶＢ バッテリ電圧、ｉＬ 通過電流、ｉＬ＊ 目標電流、ｉａｃ 電源電流、ｖａｃ 電源電圧、ｖｄｃ 直流電圧、ｖｄｃ＊ 目標電圧。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両の充電装置に関し、より特定的には、電動車両に搭載された蓄電装置を車両外部の電源によって充電するための充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池に代表される車載蓄電装置からの電力を用いて車両駆動力を発生可能に構成された電動車両として、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車等が知られている。電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって、車載蓄電装置を充電する構成が提案されている。以下では、外部電源による蓄電装置の充電を、単に「外部充電」とも称する。
【０００３】
特開２００７−３１８９７０号公報（特許文献１）には、ハイブリッド車両に搭載される２つの交流モータ、ならびに、これらの交流モータを駆動制御するためのインバータおよび昇圧コンバータを用いて、外部電源からの供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する充電装置を構成することが記載されている。特許文献１の充電装置は、２つの交流モータの中性点を介して外部電源からの電力を受けるように構成されている。
【０００４】
また、特開２００９−３３７８５号公報（特許文献２）では、複数の蓄電装置およびコンバータの組が並列に配置された電動車両の電源システムにおける充電制御が記載されている。具体的には、昇圧チョッパ型のＤＣ−ＤＣ変換回路（コンバータ）の上アーム素子をオンに固定することにより、蓄電装置を充電する制御が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３１８９７０号公報
【特許文献２】特開２００９−３３７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の充電装置では、外部電源からの供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する際に、ＤＣ−ＤＣ変換動作に伴うスイッチング素子での電力損失や、平滑インダクタの鉄損および銅損の発生により、充電効率を高めることに限界がある。
【０００７】
特許文献２は、チョッパ型のＤＣ−ＤＣ変換回路において上アーム素子をオン固定して、ＤＣ−ＤＣ変換回路での効率を高めて蓄電装置を充電することを記載するが、このような充電制御がどのような条件下で適用されるべきかについては詳しく言及していない。しかしながら、外部充電の状態によっては、ＤＣ−ＤＣ変換回路の上アーム素子をオン固定することで、ＤＣ−ＤＣ変換回路以外での効率が低下するケースや、過大な電流が生じてしまうケースが発生する可能性がある。
【０００８】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源からの電力によって高効率に充電することが可能な蓄電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明によれば、蓄電装置を搭載した電動車両の充電装置であって、第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、第１および、第２の電力変換器を制御するための制御装置とを備える。第１の電力変換器は、外部電源からの交流電圧を、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインに出力するための電力変換器である。第２の電力変換器は、外部電源によって、蓄電装置を充電する外部充電のときに、第１の電源ラインと、蓄電装置の正極と電気的に接続された第２の電源ラインとの間で直流電力変換を行うため電力変換器である。第２の電力変換器は、第１のノードと、第１の電源ラインとの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、第１のノードと、第２の電源ラインとの間に電気的に接続された第１のインダクタとを含む。制御装置は、外部充電のときに、第１のスイッチング素子のオンオフ制御を伴って、蓄電装置を充電する第１の制御モードと、第１のスイッチング素子をオン固定して、蓄電装置を充電する第２の制御モードとを、外部充電の状態に応じて選択する。
【００１０】
好ましくは、制御装置は、交流電圧のピーク電圧よりも、蓄電装置の電圧が高いときに、第２の制御モードを選択する。
【００１１】
また好ましくは、制御装置は、蓄電装置の充電電力が所定レベルよりも低いときに、第２の制御モードを選択する。
【００１２】
さらに好ましくは、第１の電力変換器は、整流器と、第２のインダクタと、第１のダイオードと、第２のスイッチング素子とを含む。整流器は、外部電源からの交流電圧を整流して第３の電源ラインに出力するように構成される。第２のインダクタは、第３の電源ラインおよび第２のノードの間に電気的に接続される。第１のダイオードは、第２のノードから、第１の電源ラインへ向かう方向を順方向として、第２のノードおよび、第１の電源ラインの間に電気的に接続される。第２のスイッチング素子は、第２のノードおよび、蓄電装置の負極と電気的に接続された第４の電源ラインの間に電気的に接続される。制御装置は、第２のインダクタを通過する電流が、目標電流と一致するように、第２のスイッチング素子のオンオフを制御する。目標電流は、交流電圧と位相が一致した交流電流の絶対値である。さらに、制御装置は、第１の制御モードでは、第１の電源ラインの電圧に応じて、目標電流の振幅を制御する一方で、第２の制御モードでは、第１の電源ラインの電圧によらず、目標電流の振幅を固定する。
【００１３】
また、さらに好ましくは、制御装置は、第１の制御モードでは、蓄電装置の充電電流と目標充電電流との偏差に応じて、第１のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御する。
【００１４】
あるいは、さらに好ましくは、制御装置は、第１の制御モードの選択中に、外部充電の状態が、第２の制御モードを適用可能な所定条件を満たした場合には、第１の電源ラインの電圧が、蓄電装置の電圧まで低下した後に、第１の制御モードから、第２の制御モードへの切換を実行する。
【００１５】
このような構成においては、制御装置は、外部充電の状態が、所定条件を満たした場合には、第１および、第２の電力変換器を停止させて、放電抵抗による放電によって、第１の電源ラインの電圧を低下させる。あるいは、制御装置は、外部充電の状態が、所定条件を満たした場合には、第２の電力変換器に対する、第１の電源ラインの電圧の目標電圧を、蓄電装置の電圧まで低下させる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、外部充電の状態に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換用のスイッチング素子のオンオフを固定する充電制御を適切に適用することによって、電動車両に搭載された蓄電装置を外部電源からの電力によって高効率に充電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態の電動車両の充電装置の構成例を説明するための回路図である。
【図２】本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御を説明するフローチャートである。
【図３】通常制御モードにおける外部充電動作を説明するための第１の波形図である。
【図４】通常制御モードにおける外部充電動作を説明するための第２の波形図である。
【図５】上アームオン制御モードにおける外部充電動作を説明するための第１の波形図である。
【図６】上アームオン制御モードにおける外部充電動作を説明するための第２の波形図である。
【図７】本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御の制御構成を説明するための機能ブロック図である。
【図８】通常制御モードから上アームオン制御への移行例を説明するための第１の波形図である。
【図９】通常制御モードから上アームオン制御への移行例を説明するための第２の波形図である。
【図１０】通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第１の例を説明するための波形図である。
【図１１】通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第２の例を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態による電動車両の充電装置の構成例を説明するための回路図である。
【００２０】
図１を参照して、電動車両１００は、メインバッテリ１０と、電流センサ１２と、電池センサ１５と、電池監視ユニット２０と、システムメインリレー３０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０と、補機バッテリ４５と、駆動機器５０とを備える。上述のように、電動車両１００は、メインバッテリ１０からの電力を用いて車両駆動力を発生可能に構成されており、電気自動車やハイブリッド自動車、あるいは燃料電池自動車を包括する。
【００２１】
メインバッテリ１０は、「蓄電装置」の代表例として示される。メインバッテリ１０は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって「蓄電装置」を構成してもよい。
【００２２】
電流センサ１２は、メインバッテリ１０の出力電流（以下バッテリ電流とも称する）ＩＢを検出して、電池監視ユニット２０へ送出する。以下では、充電時のバッテリ電流ＩＢを正値で示すこととする。電池センサ１５は、メインバッテリ１０に取り付けられて、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢを検出する。電池センサの検出値は、電池監視ユニット２０へ送出される。
【００２３】
電池監視ユニット２０は、バッテリ電流ＩＢ、バッテリ電圧ＶＢおよびバッテリ温度ＴＢに基づいて、メインバッテリ１０の状態を監視する。代表的には、電池監視ユニット２０は、メインバッテリ１０における満充電容量に対する現在の充電量の比率（０〜１００％）で表わされる、ＳＯＣ（State of Charge）を算出する。また、電池監視ユニット２０は、メインバッテリ１０の状態に基づいて、メインバッテリ１０の充電電力上限値および放電電力上限値を設定する。
【００２４】
駆動機器５０は、メインバッテリ１０からの電力を用いて車両駆動力を発生するための図示しないモータジェネレータ（ＭＧ）と、当該モータジェネレータを駆動制御するための図示しない電力変換器（インバータ・コンバータ）とを含む。また、モータジェネレータ（ＭＧ）は、電動車両１００の回生制動時には、減速エネルギを電気エネルギに変換する発電機として動作する。回生発電された電力は、電力変換器（インバータ・コンバータ）によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。
【００２５】
システムメインリレー３０は、メインバッテリ１０および駆動機器５０との間の通電経路に接続される。システムメインリレー３０は、基本的には、車両走行時にオンされる一方で、外部充電時にはオフされる。但し、外部充電時に、補機系を動作させる必要がある場合には、ユーザ操作等によってシステムメインリレー３０がオンされてもよい。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、システムメインリレー３０に対して、駆動機器５０と並列に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は、メインバッテリ１０の出力電圧を、補機系の電源電圧（たとえば１２Ｖ程度）に降圧する。ＤＣＤＣコンバータ４０は、代表的には、半導体スイッチング素子（図示せず）を含むスイッチングレギュレータであり、公知の任意の回路構成を適用することができる。
【００２７】
補機バッテリ４５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０の出力電圧によって充電される。補機バッテリ４５には、図示しない補機負荷が接続されている。この補機負荷は、補機バッテリ４５からの供給電力によって動作する、オーディオ機器、小型モータ類、あるいは制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）等を含む。
【００２８】
システムメインリレー３０がオンされると、メインバッテリ１０の電力が、駆動機器５０およびＤＣ−ＤＣコンバータ４０へ供給される。一方、システムメインリレー３０がオフされると、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０を含む補機系と、駆動機器５０とは、メインバッテリ１０から電気的に切離される。
【００２９】
次に、外部充電のための構成を詳細に説明する。電動車両１００は、さらに、外部充電リレー６０、充電装置２００を備える。充電装置２００には、外部充電用のインレット２０５が設けられる。
【００３０】
外部充電リレー６０は、電動車両１００の走行時にはオフされる一方で、外部充電時にオンされる。インレット２０５は、充電ケーブル４００を介して、外部電源５００と電気的に接続される。外部電源５００は、代表的には商用の系統電源である。
【００３１】
充電装置２００は、外部電源５００から供給される交流電力を、メインバッテリ１０を充電するための直流電力に変換する。
【００３２】
充電装置２００は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０と、平滑コンデンサ２２０と、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０と、制御装置３００と、電圧センサ３０２，３０７と、電流センサ３０５とを含む。
【００３３】
制御装置３００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００３４】
電圧センサ３０２は、インレット２０５に入力された、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃを検出する。
【００３５】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、非絶縁型の電力変換器で構成されて、外部電源５００からの交流電圧ｖａｃ（以下、電源電圧ｖａｃとも称する）を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ１に出力する。平滑コンデンサ２２０は、電源ラインＰＬ１および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。電圧センサ３０７は、電源ラインＰＬ１の電圧、すなわち平滑コンデンサ２２０の直流電圧ｖｄｃを検出する。
【００３６】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、非絶縁型の電力変換器で構成されて、電源ラインＰＬ１および電源ラインＰＬ２の間で直流電力変換を実行する。電源ラインＰＬ２は、外部充電リレー６０がオンすると、メインバッテリ１０の正極と電気的に接続される。同様に、接地ラインＧＬは、外部充電リレー６０がオンすると、メインバッテリ１０の負極と電気的に接続される。
【００３７】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、いわゆる昇圧チョッパの構成を有している。具体的には、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１およびＱ２と、インダクタＬ１およびキャパシタＣ１とを有する。電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いることができる。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２に対しては、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２が配置されている。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ１は、電源ラインＰＬ１およびノードＮ１の間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、ノードＮ１および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ１およびＱ２のオンオフは、制御装置３００からの制御信号により制御される。
【００３９】
インダクタＬ１は、ノードＮ１および電源ラインＰＬ２の間に電気的に接続される。以下では、インダクタＬ１の通過電流を、電流ＩＬと表記する。キャパシタＣ１は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＧＬの間に接続される。キャパシタＣ１は、電流ＩＬに含まれる高周波成分を除去する役割を果たす。
【００４０】
ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は「第２の電力変換器」に対応し、スイッチング素子Ｑ１は「第１のスイッチング素子」に対応し、インダクタＬ１は「第１のインダクタ」に対応する。
【００４１】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、キャパシタＣ０と、インダクタＬ２と、スイッチング素子Ｑ３および逆並列ダイオードＤ３と、ダイオードＤ４と、ダイオードブリッジを構成するダイオードＤ５〜Ｄ８とを有する。
【００４２】
キャパシタＣ０は、外部電源５００からの電源電流ｉａｃの高周波成分を除去する。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、ダイオードブリッジを構成して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを整流して電源ラインＰＬ３へ出力する。インダクタＬ２は、電源ラインＰＬ３およびノードＮ２の間に電気的に接続される。電流センサ３０５は、インダクタＬ２の通過電流ｉＬを検出する。
【００４３】
スイッチング素子Ｑ３は、ノードＮ２および接地ラインＧＬの間に電気的に接続される。スイッチング素子Ｑ３には逆並列ダイオードＤ３が設けられている。ダイオードＤ４は、ノードＮ２および電源ラインＰＬ１の間に、ノードＮ２から電源ラインＰＬ１へ向かう方向を順方向として接続される。
【００４４】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、「第１の電力変換器」に対応する。スイッチング素子Ｑ３は「第２のスイッチング素子」に対応し、ダイオードＤ４は「第１のダイオード」に対応する。また、ダイオードＤ５〜Ｄ８によって構成されるダイオードブリッジが「整流器」に対応する。
【００４５】
制御装置３００は、電池監視ユニット２０からのバッテリ電流ＩＢおよびバッテリ電圧ＶＢ（あるいは、さらにＳＯＣ）、電圧センサ３０２からの電源電圧ｖａｃ、電流センサ３０５からの電流ｉＬ，ならびに、電圧センサ３０７からの直流電圧ｖｄｃに基づいて、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０による外部充電を制御する。具体的には、制御装置３００は、上述の電圧および電流によって外部充電の状態を把握するとともに、メインバッテリ１０の外部充電を適切に制御するように、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３の制御信号を発生する。
【００４６】
図２は、本実施の形態の電動車両の充電装置による外部充電制御を説明するフローチャートである。
【００４７】
図２を参照して、制御装置３００は、ステップＳ１００により、外部充電の開始条件が成立しているかどうかを判定する。たとえば、充電ケーブル４００がインレット２０５に正常に接続されており、かつ、ユーザ指示等により外部充電が指示されていることで、ステップＳ１００がＹＥＳ判定とされる。
【００４８】
制御装置３００は、外部充電の開始条件が成立すると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２００により、外部充電を開始する。ステップＳ２００では、たとえば、外部充電リレー６０がオンされる。
【００４９】
制御装置３００は、外部充電時には、ステップＳ３００により、外部充電の状態に応じて、後程詳細に説明する上アームオン制御を適用できる条件が成立しているか否かを判定する。そして、制御装置３００は、当該条件の非成立時（Ｓ３００のＮＯ判定時）には、ステップＳ４００に処理を進めて、通常制御モードにより充電装置２００を制御する。一方、制御装置３００は、当該条件の成立時（Ｓ３００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ４５０に処理を進めて、上アームオン制御モードにより充電装置２００を制御する
制御装置３００は、ステップＳ５００により、通常制御モード（Ｓ４００）または上アームオン制御モード（Ｓ４５０）が適用された外部充電よるメインバッテリ１０の充電が完了したかどうかを判定する。たとえば、メインバッテリ１０のＳＯＣが所定レベルに達すると、あるいは、ユーザによって指定された充電終了時刻が到来すると、ステップＳ５００はＹＥＳ判定とされる。
【００５０】
制御装置３００は、充電完了となるまでは（Ｓ５００のＮＯ判定時）、ステップＳ３００〜Ｓ５００の処理を繰返すことによって、メインバッテリ１０の外部充電を継続する。一方、制御装置３００は、充電が完了すると（Ｓ５００のＹＥＳ判定時）、ステップＳ５１０に処理を進めて外部充電を終了する。ステップＳ５１０では、たとえば、外部充電リレー６０がオフされる。
【００５１】
このように、本実施の形態による電動車両の充電装置では、外部充電の状態に応じて、通常制御および上アームオン制御が選択的に適用される。次に、通常制御および上アームオン制御の詳細について説明する。
【００５２】
図３は、通常制御モードにおける充電装置２００の動作を説明するための波形図である。
【００５３】
図３を参照して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃは、所定周波数（以下、「電源周波数」と称する）の交流電圧である。ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、スイッチング素子Ｑ３のオン期間にはインダクタＬ２の電流ｉＬが増加する一方で、スイッチング素子Ｑ３のオフ期間にはインダクタＬ２の電流ｉＬが減少する。スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御により、インダクタＬ２の電流ｉＬを目標電流ｉＬ＊に合致させることができる。さらに、目標電流ｉＬ＊の大きさに応じて、ダイオードＤ４を経由して電源ラインＰＬ１へ供給される直流電流を制御できる。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃから電源ラインＰＬ１の直流電圧ｖｄｃへのＡＣ−ＤＣ変換を制御する。
【００５４】
ここで、目標電流ｉＬ＊を、電源電圧ｖａｃと同位相の交流電流の絶対値に設定すると、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃが同位相となり、外部電源５００から供給される電力の力率を１に近付けることができる。これにより、電源電流ｉａｃおよび電源電圧ｖａｃの積で示される瞬時電力ＶＡが常に正値となるので、瞬時電力ＶＡの平均値である有効電力Ｐｅが大きくなる。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、ＡＣ−ＤＣ変換に加えて、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路としても動作できる。
【００５５】
平滑コンデンサ２２０は、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０からダイオードＤ４を経由して供給される電流により充電される。また、平滑コンデンサ２２０から放電される電流は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０を介してメインバッテリ１０を充電する。
【００５６】
これらの充放電により、平滑コンデンサ２２０の電圧、すなわち直流電圧ｖｄｃは、電源周波数の２倍の周波数で変動することになる。平滑コンデンサ２２０によって充放電される電力Ｐｃは、直流電圧ｖｄｃと同様に、電源周波数の２倍の周波数で変動する。
【００５７】
なお、後ほど詳細に説明するように、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０での目標電流ｉＬ＊の大きさ（振幅）は、直流電圧ｖｄｃを目標電圧ｖｄｃ＊と合致させるように制御される。外部充電時における目標電圧ｖｄｃ＊は、少なくとも、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高く設定される（たとえば、３００〜４００Ｖ程度）。
【００５８】
図４を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御により、電流ＩＬひいてはバッテリ電流ＩＢを制御する。なお、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１およびＱ２は相補にオンオフされる。すなわち、スイッチング素子Ｑ１のオン期間においてはスイッチング素子Ｑ２がオフされ、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間にはスイッチング素子Ｑ２がオンされる。
【００５９】
図４に示されるように、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には電流ＩＬは上昇し、スイッチング素子Ｑ１のオン期間には電流ＩＬは低下する。したがって、電流ＩＬの平均値は、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比により制御できる。
【００６０】
再び図３を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０によって制御された電流ＩＬから、キャパシタＣ１によってリップル成分が除去されたバッテリ電流ＩＢにより、メインバッテリ１０が充電される。バッテリ電流ＩＢは、電流ＩＬの平均値に相当する。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、電流ＩＬが目標充電電流ＩＢ＊と一致するように、スイッチング素子Ｑ１のデューティ比を制御する。
【００６１】
再び図１を参照して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、外部電源５００からメインバッテリ１０を充電する一方向のみの電流制御に対応するためには、必ずしもスイッチング素子Ｑ２を有する必要はない。すなわち、下アームには、ダイオードＤ２のみが存在していればよい。ただし、スイッチング素子Ｑ２を設けることにより、メインバッテリ１０の出力電圧を昇圧して、平滑コンデンサ２２０を充電することが可能となる。すなわち、外部充電（特に、充電開始時）の制御の柔軟性が向上する。
【００６２】
図３および図４に示したように、通常制御モードでは、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い直流電圧（ｖｄｃ）に変換して、電源ラインＰＬ１に出力する。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御による、電源ラインＰＬ１およびＰＬ２の間の直流電力変換によって、メインバッテリ１０のバッテリ電流ＩＢを、目標充電電流ＩＢ＊に制御する。
【００６３】
次に、図５および図６を用いて、上アームオン制御時における充電装置２００の動作を説明する。
【００６４】
図５を参照して、上アームオン制御モードでは、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定する。一方で、スイッチング素子Ｑ２はオフに固定される。したがって、電源ラインＰＬ１およびＰＬ２は、常時電気的に接続されることになる。
【００６５】
この結果、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では電流および電圧が制御されなくなり、スイッチング素子Ｑ１を通過する電流Ｉ（Ｑ１）およびインダクタＬ１の電流ＩＬには、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０でのＡＣ−ＤＣ変換の際に発生した、電源周波数の２倍の周波数の変動成分が含まれることになる。
【００６６】
図６を参照して、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、通常制御モードと同様に動作して、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い直流電圧（ｖｄｃ）に変換する。
【００６７】
上アームオン制御モードでは、オンに固定されるスイッチング素子Ｑ１を介して、メインバッテリ１０と平滑コンデンサ２２０とが接続されるため、直流電圧ｖｄｃは、バッテリ電圧ＶＢと同等となる。そして、平滑コンデンサ２２０が電力バッファとして機能することはなく、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０から供給される電流が、そのままメインバッテリ１０を充電するバッテリ電流ＩＢとなる。したがって、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、目標電流ｉＬ＊（図３）の大きさ（振幅）が、直流電圧ｖｄｃに応じて制御されることはなく、目標充電電流ＩＢ＊に対応した定数として設定される。
【００６８】
ＡＣ−ＤＣ変換器２５０から電源ラインＰＬ１へ供給される電流には、通常制御モードと同様に、電源周波数の２倍の周波数のリップル成分が含まれる。このリップル成分は、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０での電流ＩＬ、図５に示したスイッチング素子Ｑ１の電流Ｉ（Ｑ１）、およびメインバッテリ１０のバッテリ電流ＩＢの各々にもそのまま重畳される。
【００６９】
図７は、外部充電制御の制御構成を説明するためのブロック図である。なお、図７に示された各機能ブロックについては、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＥＣＵがソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。
【００７０】
図７を参照して、制御装置３００は、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０を制御するための制御部３２０と、制御モード選択部３４０と、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０を制御するための制御部３５０とを含む。
【００７１】
制御部３２０は、減算部３２２，３２８，３３４と、ＰＩ演算部３２４，３３２と、制御スイッチ３３０と、乗算部３２６と、ＰＷＭ制御部３３６とを含む。
【００７２】
減算部３２２は、直流電圧ｖｄｃの目標電圧ｖｄｃ＊から、電圧センサ３０７により検出された直流電圧ｖｄｃを減算する。ＰＩ演算部３２４は、減算部３２２によって演算された電圧偏差Δｖｄｃに基づく比例積分演算を実行する。ＰＩ演算部３２４による制御演算値は、直流電圧ｖｄｃを目標電圧ｖｄｃ＊に一致させるためのフィードバック演算値に相当する。
【００７３】
制御スイッチ３３０は、制御モード選択部３４０からの制御信号Ｓｍに従って制御される。制御信号Ｓｍによって通常制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３３０は、“ａ”側に制御されて、ＰＩ演算部３２４による制御演算値を、目標電流振幅ｉＬＡに設定する。一方、制御信号Ｓｍによって上アームオン制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３３０は、“ｂ”側に制御されて、目標充電電流ＩＢ＊に対応して定められた、フィードバック演算によらない定数Ｉｃｏｎｓｔを、目標電流振幅ｉＬＡ＊に設定する。
【００７４】
乗算部３２６は、制御スイッチ３３０が選択した目標電流振幅ｉＬＡ＊と、正弦波関数｜ｓｉｎωｔ｜とを乗算することによって、目標電流ｉＬ＊を算出する。このωは、外部電源５００の電源周波数に対応する。
【００７５】
減算部３２８は、乗算部３２６が算出した目標電流ｉＬ＊と、電流センサ３０５によって検出された電流ｉＬとの電流偏差ΔｉＬを演算する。ＰＩ演算部３３２は、減算部３２８によって演算された電流偏差ΔｉＬに基づく比例積分演算を実行する。減算部３３４は、電源電圧の絶対値｜ｖａｃ｜からＰＩ演算部３３２による制御演算値を減算することによって、制御指令値を設定する。
【００７６】
ＰＷＭ制御部３３６は、所定周波数のキャリア信号３３７と、減算部３３４からの制御指令値３３８との比較に基づいて、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御信号を生成する。具体的には、一般的なパルス幅変調（ＰＷＭ）制御に従って、制御指令値３３８がキャリア信号３３７の電圧よりも高いときにはスイッチング素子Ｑ３がオンされ、反対に、制御指令値３３８がキャリア信号３３７の電圧よりも低いときには、スイッチング素子Ｑ３はオフされる。
【００７７】
制御部３５０は、減算部３５２と、ＰＩ演算部３５４と、ＰＷＭ制御部３５６と、制御スイッチ３６０と、反転器３６２とを含む。
【００７８】
減算部３５２は、メインバッテリ１０の目標充電電流ＩＢ＊からバッテリ電流ＩＢを減算する。ＰＩ演算部３５４は、減算部３５２によって演算された電流偏差ΔＩＢに基づく比例積分演算によって、制御指令値を生成する。ＰＩ演算部３５４による制御指令値は、バッテリ電流ＩＢを目標充電電流ＩＢ＊に一致させるためのフィードバック演算値に相当する。
【００７９】
ＰＷＭ制御部３５６は、所定周波数のキャリア信号３５７と、ＰＩ演算部３５４からの制御指令値３５８との比較に基づいて、制御パルスＣＰを生成する。制御パルスＣＰは、デューティ比ＤＴが０〜１．０のパルス状の信号となる。
【００８０】
制御スイッチ３６０は、制御モード選択部３４０からの制御信号Ｓｍに従って制御される。制御信号Ｓｍによって通常制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３６０は、“ａ”側に制御されて、ＰＩ演算部３５４からの制御パルスＣＰを、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号として出力する。
【００８１】
一方、制御信号Ｓｍによって上アームオン制御モードが指示されるときには、制御スイッチ３６０は、“ｂ”側に制御される。このとき、制御スイッチ３６０は、スイッチング素子Ｑ１をオンに固定するために、論理ハイレベルに固定された信号（すなわち、ＤＴ＝１．０）を、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号として出力する。
【００８２】
反転器３６２は、スイッチング素子Ｑ１のオンオフ制御信号の論理レベルを反転させて、スイッチング素子Ｑ２のオンオフ制御信号を発生する。
【００８３】
制御モード選択部３４０は、メインバッテリ１０の外部充電の状態に応じて、上アームオン制御の適用可否を判断するとともに、上アームオン制御を適用可能な条件が成立しているときには、上アームオン制御モードを選択するように、制御信号Ｓｍを発生する。一方で、上アームオン制御を適用可能な条件が非成立のときには、制御信号Ｓｍは、通常制御モードを選択するように設定される。
【００８４】
たとえば、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢと、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃのピーク値（振幅値）との比較に基づいて、上アームオン制御の適用可否を判断する。
【００８５】
上アームオン制御モードでは、メインバッテリ１０および電源ラインＰＬ１がスイッチング素子Ｑ１によって固定的に接続されるため、バッテリ電圧ＶＢと直流電圧ｖｄｃとが同等となる。このため、非絶縁型のＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値（振幅値）よりも低いと、外部電源５００からの電源電流ｉａｃを正確に制御することができなくなる。この結果、充電装置２００を流れる電流および充電電流（バッテリ電流ＩＢ）が過大となること、あるいは、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０による力率改善ができなくなることによる効率低下が懸念される。
【００８６】
したがって、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高いときに、上アームオン制御を適用可能と判断して、上アームオン制御モードを選択する。一方で、制御モード選択部３４０は、バッテリ電圧ＶＢが電源電圧ｖａｃのピーク値よりも低いときには、上アームオン制御を適用不能と判断して、通常制御モードを選択する。
【００８７】
図８には、通常制御モードから上アームオン制御への第１の移行例が示される。
図８を参照して、外部充電が開始される時刻ｔ０において、バッテリ電圧ＶＢは、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも低い。このため、上アームオフ制御はオフされて、通常制御モードによって、メインバッテリ１０は外部充電される。
【００８８】
通常制御モードでの外部充電によって、バッテリ電圧ＶＢは徐々に上昇する。そして、時刻ｔ２において、バッテリ電圧ＶＢは、電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高くなる。この結果、上アームオフ制御はオフされるので、時刻ｔ１以降では、上アームオン制御モードによって、メインバッテリ１０は外部充電される。
【００８９】
そして、時刻ｔ３において、メインバッテリ１０の充電が完了することによって、外部充電が終了される。
【００９０】
このようにすると、上アームオン制御を適用すると過大電流の発生や力率低下が懸念される充電状態を回避して、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０の効率が上昇する上アームオン制御を適用できる。また、通常制御モードおよび上アームオン制御モードを通じて、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０がＰＦＣ回路として動作できるので、外部充電の効率が上昇する。
【００９１】
なお、外部充電の開始時（時刻ｔ１）において、バッテリ電圧ＶＢが、既に電源電圧ｖａｃのピーク値よりも高い場合には、上アームオン制御モードのみを適用して外部充電を行うことが可能である。
【００９２】
あるいは、制御モード選択部３４０は、外部充電によるメインバッテリ１０の充電電力に基づいて、上アームオン制御の適用可否を判断する。
【００９３】
図５に示したように、上アームオン制御モードでは、スイッチング素子Ｑ１の通過電流Ｉ（Ｑ１）に、電源周波数の２倍の周波数のリップル電流が発生する。この結果、電流Ｉ（Ｑ１）のピーク値が増加するため、このようなリップル電流が流れても、スイッチング素子Ｑ１の電流定格を越えない範囲内に収まる状態に限定して、上アームオン制御を適用することが必要である。
【００９４】
図９には、通常制御モードから上アームオン制御への第２の移行例が示される。
図９を参照して、外部充電の開始時（時刻ｔ０）において、充電電力Ｐｃｈの通常値に対応させて、目標充電電流ＩＢ＊が所定値に設定される。通常の充電電力では、上アームオフ制御はオフされて、通常制御モードが適用される。
【００９５】
通常制御モードでの外部充電によって、メインバッテリ１０のＳＯＣは徐々に上昇する。そして、ＳＯＣが所定値に達することにより充電がある程度まで進行したことが検知されると（時刻ｔ１１）、充電電力Ｐｃｈを絞るように、目標充電電流ＩＢ＊が低下される。そして、充電電力Ｐｃｈあるいは目標充電電流ＩＢ＊が所定の閾値まで低下すると（時刻ｔ２）、上アームオン制御を適用可能な条件が成立したと判断される。これにより、時刻ｔ１２以降では、メインバッテリ１０は、上アームオン制御モードにて外部充電される。
【００９６】
充電電力Ｐｃｈ、すなわち、目標充電電流ＩＢ＊が低い状態では、上アームオン制御モードを適用して、スイッチング素子Ｑ１の電流Ｉ（Ｑ１）にリップル電流が重畳されても、ピーク電流が低く抑えられる。言い換えると、上アームオン制御の適用時における、リップル電流による電流Ｉ（Ｑ１）のピーク値と、目標充電電流ＩＢ＊と、スイッチング素子Ｑ１の定格電流との関係に応じて、上アームオン制御モードの適用可否を判定するための目標充電電流ＩＢ＊（または、充電電力Ｐｃｈ）の閾値を予め決定することができる。
【００９７】
そして、時刻ｔ３において、メインバッテリ１０の充電が完了すると、外部充電が終了される。
【００９８】
このようにすると、上アームオン制御を適用するとスイッチング素子Ｑ１に過大な電流が流れることが懸念される充電状態を回避して、上アームオン制御を適用した高効率の外部充電を実現できる。
【００９９】
なお、２００ＶＡＣの外部電源５００に対応可能な充電装置２００において、１００ＶＡＣの外部電源５００を用いて外部充電を行うとき等、定格よりも低い電力で外部充電を行う際には、外部充電の開始時（時刻ｔ１）から充電完了（時刻ｔ２）までを通じて、上アームオン制御モードのみを適用して外部充電を行うことが可能である。
【０１００】
このように、本実施の形態による電動車両の充電装置によれば、外部充電状態に応じて、適切に上アームオン制御を適用することができる。すなわち、上アームオン制御の適用によって、過大電流や力率低下が発生することを防止した上で、上アームオン制御の適用による高効率の外部充電を実現することができる。
【０１０１】
次に、通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの好ましい移行制御についてさらに説明する。
【０１０２】
図１０は、通常制御から上アームオン制御に移行するときの制御動作を説明するための第１の波形図が示される。
【０１０３】
図１０を参照して、時刻ｔａまでは、図８または図９で例示した、上アームオン制御を適用可能な条件が成立しておらず、通常制御モードが適用される。このため、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ａ”側に接続されている。
【０１０４】
この結果、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０のスイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御によって、直流電圧ｖｄｃは目標電圧ｖｄｃ＊に制御されている。上述のように、目標電圧ｖｄｃ＊は、メインバッテリ１０の出力電圧より高い領域に設定されている。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０のスイッチング素子Ｑ１がオンオフ制御されることによって、直流電圧ｖｄｃを降圧してメインバッテリ１０が充電される。
【０１０５】
時刻ｔａにおいて、上アームオン制御を適用可能な条件が成立すると、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０が一旦停止する待機期間Ｔ０が設けられる。待機期間Ｔ０では、平滑コンデンサ２２０が図示しない放電抵抗によって放電されることによって、直流電圧ｖｄｃが徐々に低下する。放電抵抗は、図１の構成において、電源ラインＰＬ１および接地ラインＧＬの間に、平滑コンデンサ２２０と並列に接続することができる。
【０１０６】
待機期間Ｔ０の間に、直流電圧ｖｄｃはバッテリ電圧ＶＢまで低下する。直流電圧ｖｄｃがバッテリ電圧ＶＢに達した後も、ダイオードＤ１を通じて、メインバッテリ１０から平滑コンデンサ２２０に電流が供給されるため、両者の電圧は同等に維持される。
【０１０７】
時刻ｔｂにおいて待機期間Ｔ０が終了すると、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０が再び起動されるとともに、上アームオン制御モードが適用される。これにより、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ｂ”側に接続される。ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１がオンに固定される。
【０１０８】
一方で、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御による電源電圧ｖａｃのＡＣ−ＤＣ変換動作によって、メインバッテリ１０の充電電流を発生する。
【０１０９】
図１０に示したような通常制御モードから上アームオン制御モードへの移行制御を適用することにより、上アームオン制御の開始時に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンした瞬間に生じる突入電流が抑制できる。この結果、上アームオン制御をさらに円滑に適用することができる。
【０１１０】
図１１は、通常制御モードから上アームオン制御モードに移行するときの制御動作の第２の例を説明するための波形図である。
【０１１１】
図１１を参照して、図１０と同様に、上アームオン制御を適用可能な条件が成立する時刻ｔａまでは、通常制御モードが適用されている。さらに、時刻ｔａから時刻ｔｂまで、待機期間Ｔ０が設けられる。
【０１１２】
待機期間Ｔ０では、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０およびＤＣ−ＤＣ変換器２１０の起動が維持されるとともに、通常制御モードが適用される。そして、平滑コンデンサ２２０の目標電圧ｖｄｃ＊が、そのときのバッテリ電圧ＶＢに向かって徐々に低下される。ＡＣ−ＤＣ変換器２５０では、直流電圧ｖｄｃが目標電圧ｖｄｃ＊に従って低下するように、スイッチング素子Ｑ３のオンオフデューティが制御される。これにより、待機期間Ｔ０が終了するまでに、直流電圧ｖｄｃは、バッテリ電圧ＶＢまで低下する。
【０１１３】
時刻ｔｂからは、図１０と同様に、上アームオン制御モードが適用される。これにより、図７の制御スイッチ３３０，３６０は“ｂ”側に接続される。そして、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０では、スイッチング素子Ｑ１がオンに固定される。一方、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、スイッチング素子Ｑ３のオンオフ制御による電源電圧ｖａｃのＡＣ−ＤＣ変換動作によって、メインバッテリ１０の充電電流を発生する。
【０１１４】
図１１に示したような通常制御モードから上アームオン制御モードへの移行制御によっても、図１０と同様に、上アームオン制御の開始時に、スイッチング素子Ｑ１をターンオンした瞬間に生じる突入電流が抑制できる。さらに、図１０による移行制御とは異なり、平滑コンデンサ２２０に放電抵抗を設ける必要がないので、さらに効率を向上することができる。
【０１１５】
なお、図１０および図１１の待機期間Ｔ０は、タイマ値等に基づいて一定時間の経過によって終了させてもよく、電圧検出値の比較に基づいて直流電圧ｖｄｃがバッテリ電圧ＶＢまで低下したことが検知されることに応じて終了させてもよい。
【０１１６】
また、充電装置２００の構成、特に、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０やＤＣ−ＤＣ変換器２１０の構成は、本実施の形態での例示に限定されるものではない点を確認的に記載する。すなわち、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０は、外部電源５００からの電源電圧ｖａｃを、該電源電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換することが可能な非絶縁型の電力変換器であれば、図１の例示とは異なる回路構成を適用することができる。また、ＤＣ−ＤＣ変換器２１０は、オン固定されたときに、ＡＣ−ＤＣ変換器２５０からの電流をメインバッテリ１０へそのまま供給する経路を形成する一方で、オンオフ制御されたときにはメインバッテリ１０の充電電流を制御できるように配置されたスイッチング素子を具備する非絶縁型の構成であれば、図１の例示とは異なる回路構成を適用することができる。
【０１１７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、電動車両に搭載された蓄電装置を、車両外部の電源によって充電する際の充電制御に適用できる。
【符号の説明】
【０１１９】
１０ メインバッテリ（蓄電装置）、１２，３０５ 電流センサ、１５ 電池センサ、２０ 電池監視ユニット、３０ システムメインリレー、４０ コンバータ、４５ 補機バッテリ、５０ 駆動機器、６０ 外部充電リレー、１００ 電動車両、２００ 充電装置、２０５ インレット、２１０ ＤＣ−ＤＣ変換器、２２０ 平滑コンデンサ、２５０ ＡＣ−ＤＣ変換器、３００ 制御装置、３０２，３０７ 電圧センサ、３２０ 制御部（ＡＣ−ＤＣ変換器）、３３６，３５６ ＰＷＭ制御部、３２２，３２８，３３４，３５２ 減算部、３２４，３３２，３５４ ＰＩ演算部、３２６ 乗算部、３３０，３６０ 制御スイッチ、３３７，３５７ キャリア信号、３３８，３５８ 制御指令値、３４０ 制御モード選択部、３５０ 制御部（ＤＣ−ＤＣ変換器）、３６２ 反転器、４００ 充電ケーブル、５００ 外部電源、Ｃ０，Ｃ１ キャパシタ、ＣＰ 制御パルス、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 逆並列ダイオード、Ｄ４〜Ｄ８ ダイオード、ＤＴ デューティ比、ＧＬ 接地ライン、ＩＢ バッテリ電流、ＩＢ＊ 目標充電電流、ＩＬ 電流、ｉＬＡ＊ 目標電流振幅、Ｉｃｏｎｓｔ 一定値（上アームオン制御時）、Ｉ（Ｑ１） 通過電流（スイッチング素子Ｑ１）、Ｌ１，Ｌ２ インダクタ、Ｎ１，Ｎ２ ノード、ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３ 電源ライン、Ｐｃ 電力（平滑コンデンサ）、Ｐｃｈ 充電電力（メインバッテリ）、Ｐｅ 有効電力（外部電源）、Ｑ１〜Ｑ３ 電力用半導体スイッチング素子、Ｓ５１０ ステップ、Ｓｍ 制御信号（制御モード）、Ｔ０ 待機期間、ＴＢ バッテリ温度、ＶＡ 瞬時電力（外部電源）、ＶＢ バッテリ電圧、ｉＬ 通過電流、ｉＬ＊ 目標電流、ｉａｃ 電源電流、ｖａｃ 電源電圧、ｖｄｃ 直流電圧、ｖｄｃ＊ 目標電圧。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電装置を搭載した電動車両の充電装置であって、
外部電源からの交流電圧を、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインに出力するための第１の電力変換器と、
前記外部電源によって前記蓄電装置を充電する外部充電のときに、前記第１の電源ラインと、前記蓄電装置の正極と電気的に接続された第２の電源ラインとの間で直流電力変換を行うための第２の電力変換器とを備え、
前記第２の電力変換器は、
第１のノードと前記第１の電源ラインとの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、
前記第１のノードと前記第２の電源ラインとの間に電気的に接続された第１のインダクタとを含み、
前記充電装置は、
前記第１および前記第２の電力変換器を制御するための制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記外部充電のときに、前記第１のスイッチング素子のオンオフ制御を伴って前記蓄電装置を充電する第１の制御モードと、前記第１のスイッチング素子をオン固定して前記蓄電装置を充電する第２の制御モードとを、前記外部充電の状態に応じて選択する、電動車両の充電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記交流電圧のピーク電圧よりも前記蓄電装置の電圧が高いときに、前記第２の制御モードを選択する、請求項１記載の電動車両の充電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記蓄電装置の充電電力が所定レベルよりも低いときに、前記第２の制御モードを選択する、請求項１または２に記載の電動車両の充電装置。
【請求項４】
前記第１の電力変換器は、
前記外部電源からの前記交流電圧を整流して第３の電源ラインに出力するための整流器と、
前記第３の電源ラインおよび第２のノードの間に電気的に接続された第２のインダクタと、
前記第２のノードから前記第１の電源ラインへ向かう方向を順方向として、前記第２のノードおよび前記第１の電源ラインの間に電気的に接続された第１のダイオードと、
前記第２のノードおよび、前記蓄電装置の負極と電気的に接続された第４の電源ラインの間に電気的に接続された第２のスイッチング素子とを含み、
前記制御装置は、前記第２のインダクタを通過する電流が、前記交流電圧と位相が一致した交流電流の絶対値である目標電流と一致するように前記第２のスイッチング素子のオンオフを制御し、かつ、前記第１の制御モードでは、前記第１の電源ラインの電圧に応じて前記目標電流の振幅を制御する一方で、前記第２の制御モードでは、前記第１の電源ラインの電圧によらず前記目標電流の振幅を固定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１の制御モードでは、前記蓄電装置の充電電流と目標充電電流との偏差に応じて、前記第１のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第１の制御モードの選択中に、前記外部充電の状態が前記第２の制御モードを適用可能な所定条件を満たした場合には、前記第１の電源ラインの電圧が前記蓄電装置の電圧まで低下した後に、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードへの切換を実行する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記外部充電の状態が前記所定条件を満たした場合には、前記第１および前記第２の電力変換器を停止させて、放電抵抗による放電によって前記第１の電源ラインの電圧を低下させる、請求項６記載の電動車両の充電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記外部充電の状態が前記所定条件を満たした場合には、前記第２の電力変換器に対する前記第１の電源ラインの電圧の目標電圧を前記蓄電装置の電圧まで低下させる、請求項６記載の電動車両の充電装置。
【請求項１】
蓄電装置を搭載した電動車両の充電装置であって、
外部電源からの交流電圧を、該交流電圧のピーク電圧よりも高い直流電圧に変換して第１の電源ラインに出力するための第１の電力変換器と、
前記外部電源によって前記蓄電装置を充電する外部充電のときに、前記第１の電源ラインと、前記蓄電装置の正極と電気的に接続された第２の電源ラインとの間で直流電力変換を行うための第２の電力変換器とを備え、
前記第２の電力変換器は、
第１のノードと前記第１の電源ラインとの間に電気的に接続される第１のスイッチング素子と、
前記第１のノードと前記第２の電源ラインとの間に電気的に接続された第１のインダクタとを含み、
前記充電装置は、
前記第１および前記第２の電力変換器を制御するための制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記外部充電のときに、前記第１のスイッチング素子のオンオフ制御を伴って前記蓄電装置を充電する第１の制御モードと、前記第１のスイッチング素子をオン固定して前記蓄電装置を充電する第２の制御モードとを、前記外部充電の状態に応じて選択する、電動車両の充電装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記交流電圧のピーク電圧よりも前記蓄電装置の電圧が高いときに、前記第２の制御モードを選択する、請求項１記載の電動車両の充電装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記蓄電装置の充電電力が所定レベルよりも低いときに、前記第２の制御モードを選択する、請求項１または２に記載の電動車両の充電装置。
【請求項４】
前記第１の電力変換器は、
前記外部電源からの前記交流電圧を整流して第３の電源ラインに出力するための整流器と、
前記第３の電源ラインおよび第２のノードの間に電気的に接続された第２のインダクタと、
前記第２のノードから前記第１の電源ラインへ向かう方向を順方向として、前記第２のノードおよび前記第１の電源ラインの間に電気的に接続された第１のダイオードと、
前記第２のノードおよび、前記蓄電装置の負極と電気的に接続された第４の電源ラインの間に電気的に接続された第２のスイッチング素子とを含み、
前記制御装置は、前記第２のインダクタを通過する電流が、前記交流電圧と位相が一致した交流電流の絶対値である目標電流と一致するように前記第２のスイッチング素子のオンオフを制御し、かつ、前記第１の制御モードでは、前記第１の電源ラインの電圧に応じて前記目標電流の振幅を制御する一方で、前記第２の制御モードでは、前記第１の電源ラインの電圧によらず前記目標電流の振幅を固定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記第１の制御モードでは、前記蓄電装置の充電電流と目標充電電流との偏差に応じて、前記第１のスイッチング素子のオンオフのデューティ比を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第１の制御モードの選択中に、前記外部充電の状態が前記第２の制御モードを適用可能な所定条件を満たした場合には、前記第１の電源ラインの電圧が前記蓄電装置の電圧まで低下した後に、前記第１の制御モードから前記第２の制御モードへの切換を実行する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車両の充電装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記外部充電の状態が前記所定条件を満たした場合には、前記第１および前記第２の電力変換器を停止させて、放電抵抗による放電によって前記第１の電源ラインの電圧を低下させる、請求項６記載の電動車両の充電装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記外部充電の状態が前記所定条件を満たした場合には、前記第２の電力変換器に対する前記第１の電源ラインの電圧の目標電圧を前記蓄電装置の電圧まで低下させる、請求項６記載の電動車両の充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１６２３９（Ｐ２０１２−１６２３９Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２９４５（Ｐ２０１０−１５２９４５）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【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２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]