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図面 (7)

課題

外部充電が可能な車両において、コストアップを抑制しつつ、外部充電時に適切に蓄電装置昇温を行なう。

解決手段

外部電源500からの電力を用いて、車両100に搭載された蓄電装置110を充電するための充電装置200は、DC/DCコンバータ部220と、制御部250とを備える。制御部250は、蓄電装置110の温度が低い場合に、充電装置200の直流出力電流交流電流波形重畳させるような電流基準を生成し、この電流基準に基づいて、DC/DCコンバータ部220に含まれるインバータ部221のスイッチング素子Q1〜Q4を駆動する。この充電装置200の直流出力電流に重畳される交流電流波形により、蓄電装置110が昇温される。

概要

背景

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。

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。)からの電力を用いて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、家屋に設けられた電源アウトレッ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。

このような車両に用いられる二次電池などの蓄電装置は、電池温度によってその特性が変化することが一般に知られている。特に低温環境下においては、放電時の電力出力特性および充電時の電力入力特性が低下し得る。このような状態において、蓄電装置の充電を実行した場合には、充電時間が長くなったり、蓄電装置の劣化が促進されたりするおそれがある。

特開2011−015544号公報(特許文献1)は、蓄電装置を搭載した電動車両において、充電を実行する際に、蓄電装置の温度がしきい値未満である場合にはヒータを用いて蓄電装置を加熱し、蓄電装置の温度がしきい値以上になってから充電を開始する構成が開示される。

特開2010−272247号公報(特許文献2)は、ハイブリッド自動車において、蓄電装置の温度が低い場合には、積極的に蓄電装置の充放電を実行するような全体要求パワーを設定し、設定された要求パワーに基づいてモータを駆動することによって、充放電時の損失により蓄電装置を昇温する構成が開示される。

概要

外部充電が可能な車両において、コストアップを抑制しつつ、外部充電時に適切に蓄電装置の昇温を行なう。外部電源500からの電力を用いて、車両100に搭載された蓄電装置110を充電するための充電装置200は、DC/DCコンバータ部220と、制御部250とを備える。制御部250は、蓄電装置110の温度が低い場合に、充電装置200の直流出力電流交流電流波形重畳させるような電流基準を生成し、この電流基準に基づいて、DC/DCコンバータ部220に含まれるインバータ部221のスイッチング素子Q1〜Q4を駆動する。この充電装置200の直流出力電流に重畳される交流電流波形により、蓄電装置110が昇温される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
1件

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請求項1

蓄電装置充電するための充電装置であって、外部から供給される電力直流電力に変換して前記蓄電装置に出力する電力変換部と、前記充電装置から前記蓄電装置への直流出力電流交流電流波形重畳させるように前記電力変換部を制御する制御部とを備える、充電装置。

請求項2

前記交流電流波形は、前記蓄電装置に関連する情報に応じて決定される、請求項1に記載の充電装置。

請求項3

前記蓄電装置に関連する情報は、前記蓄電装置の充電状態および前記蓄電装置の温度の少なくとも1つを含む、請求項2に記載の充電装置。

請求項4

前記交流電流波形は、三角波または正弦波を含む、請求項2に記載の充電装置。

請求項5

前記交流電流波形は、前記蓄電装置に関する情報に応じて、周波数および振幅が決定される、請求項2に記載の充電装置。

請求項6

前記充電装置は車両に搭載され、前記制御部は、前記蓄電装置に関する情報に基づいて前記交流電流波形を決定する、請求項1に記載の充電装置。

請求項7

前記蓄電装置は車両に搭載され、前記充電装置は車両外部または車両内部のいずれかに設けられ、前記蓄電装置の充電が可能であり、前記車両は、前記制御部と信号の授受が可能に構成された制御装置を含み、前記制御装置は、前記蓄電装置に関連する情報に基づいて、前記直流出力電流に重畳させる前記交流電流波形の波形情報を決定し、前記制御部は、前記制御装置から取得した前記波形情報に基づいて前記交流電流波形を決定し、前記直流出力電流に重畳させる、請求項1に記載の充電装置。

請求項8

前記制御部は、前記蓄電装置への出力電圧が予め定められた基準電圧を上回った場合は、前記直流出力電流への前記交流電流波形の重畳を停止する、請求項1に記載の充電装置。

請求項9

前記蓄電装置は車両に搭載され、前記充電装置は車両外部または車両内部のいずれかに設けられ、前記蓄電装置の充電が可能であり、前記車両は、前記制御部と信号の授受が可能に構成された制御装置を含み、前記制御部は、前記制御装置から前記基準電圧を取得する、請求項8に記載の充電装置。

請求項10

前記蓄電装置の温度が予め定められたしきい値を下回る場合は前記直流出力電流に前記交流電流波形が重畳され、前記蓄電装置の温度が前記しきい値を上回る場合は前記直流出力電流への前記交流電流波形の重畳が停止される、請求項1に記載の充電装置。

請求項11

前記電力変換部は、DC/DCコンバータを含む、請求項1に記載の充電装置。

請求項12

外部からの電源を用いて、搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、外部から供給される電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に出力する充電装置と、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、前記充電装置から前記蓄電装置へ出力される直流出力電流に交流電流波形を重畳させるように前記充電装置を制御する、車両。

請求項13

蓄電装置を充電するための充電装置の制御方法であって、前記充電装置に含まれる電力変換部により、外部から供給される電力を直流電力に変換して前記蓄電装置に出力するステップと、前記充電装置から前記蓄電装置への直流出力電流に交流電流波形を重畳させるステップとを備える、充電装置の制御方法。

技術分野

0001

本発明は、充電装置および車両、ならびに充電装置の制御方法に関し、より特定的には、外部からの電力を用いて搭載された蓄電装置充電が可能な車両における、充電動作実行中の蓄電装置の昇温制御に関する。

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。)からの電力を用いて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、家屋に設けられた電源アウトレッ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

このような車両に用いられる二次電池などの蓄電装置は、電池温度によってその特性が変化することが一般に知られている。特に低温環境下においては、放電時の電力出力特性および充電時の電力入力特性が低下し得る。このような状態において、蓄電装置の充電を実行した場合には、充電時間が長くなったり、蓄電装置の劣化が促進されたりするおそれがある。

0005

特開2011−015544号公報(特許文献1)は、蓄電装置を搭載した電動車両において、充電を実行する際に、蓄電装置の温度がしきい値未満である場合にはヒータを用いて蓄電装置を加熱し、蓄電装置の温度がしきい値以上になってから充電を開始する構成が開示される。

0006

特開2010−272247号公報(特許文献2)は、ハイブリッド自動車において、蓄電装置の温度が低い場合には、積極的に蓄電装置の充放電を実行するような全体要求パワーを設定し、設定された要求パワーに基づいてモータを駆動することによって、充放電時の損失により蓄電装置を昇温する構成が開示される。

先行技術

0007

特開2011−015544号公報
特開2010−272247号公報
特開2010−257722号公報
特開2008−109755号公報

発明が解決しようとする課題

0008

上記の特開2010−272247号公報(特許文献2)の構成は、走行中の蓄電装置の昇温に関するものである、外部充電時において採用することができない。

0009

また、特開2011−015544号公報(特許文献1)に開示された構成は、外部充電時にも実施可能ではあるものの、ヒータのような蓄電装置を昇温するための個別の機器が必要となる。そのため、コストアップにつながるおそれがある。

0010

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、コストアップを抑制しつつ、外部充電時に適切に蓄電装置の昇温を行なうことである。

課題を解決するための手段

0011

本発明による充電装置は、電力変換部と制御部とを備え、蓄電装置を充電する。電力変換部は、外部から供給される電力を直流電力に変換して蓄電装置に出力する。制御部は、充電装置から蓄電装置への直流出力電流交流電流波形重畳させるように電力変換部を制御する。

0012

好ましくは、交流電流波形は、蓄電装置に関連する情報に応じて決定される。
好ましくは、蓄電装置に関連する情報は、蓄電装置の充電状態および蓄電装置の温度の少なくとも1つを含む。

0013

好ましくは、交流電流波形は、三角波または正弦波を含む。
好ましくは、交流電流波形は、蓄電装置に関する情報に応じて、周波数および振幅が決定される。

0014

好ましくは、充電装置は車両に搭載される。制御部は、蓄電装置に関する情報に基づいて交流電流波形を決定する。

0015

好ましくは、蓄電装置は車両に搭載される。充電装置は、車両外部または車両内部のいずれかに設けられ、蓄電装置の充電が可能である。車両は、制御部と信号の授受が可能に構成された制御装置を含む。制御装置は、蓄電装置に関連する情報に基づいて、直流出力電流に重畳させる交流電流波形の波形情報を決定する。制御部は、制御装置から取得した波形情報に基づいて交流電流波形を決定し、直流出力電流に重畳させる。

0016

好ましくは、制御部は、蓄電装置への出力電圧が予め定められた基準電圧を上回った場合は、直流出力電流への交流電流波形の重畳を停止する。

0017

好ましくは、蓄電装置は車両に搭載される。充電装置は、車両外部または車両内部のいずれかに設けられ、蓄電装置の充電が可能である。車両は、制御部と信号の授受が可能に構成された制御装置を含む。制御部は、制御装置から基準電圧を取得する。

0018

好ましくは、蓄電装置の温度が予め定められたしきい値を下回る場合は直流出力電流に交流電流波形が重畳され、蓄電装置の温度がしきい値を上回る場合は直流出力電流への交流電流波形の重畳が停止される。

0019

好ましくは、電力変換部は、DC/DCコンバータを含む、請求項1に記載の充電装置。

0020

本発明による車両は、外部からの電源を用いて、搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、外部から供給される電力を直流電力に変換して蓄電装置に出力する充電装置と、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、充電装置から蓄電装置へ出力される直流出力電流に交流電流波形を重畳させるように充電装置を制御する。

0021

本発明による充電装置の制御方法は、蓄電装置を充電するための充電装置についての制御方法であって、充電装置に含まれる電力変換部により、外部から供給される電力を直流電力に変換して蓄電装置に出力するステップと、充電装置から蓄電装置への直流出力電流に交流電流波形を重畳させるステップとを備える。

発明の効果

0022

本発明によれば、外部充電が可能な車両において、コストアップを抑制しつつ、外部充電時に適切に蓄電装置の昇温を行なうことができる。

図面の簡単な説明

0023

本発明の実施の形態に従う充電装置を搭載した車両の全体ブロック図である。
図1の充電装置の詳細を説明するための図である。
本実施の形態における昇温制御の概要を説明するための図である。
充電電流に重畳させる交流電流成分とDC/DCコンバータで生じるリプルとを比較を説明するための図である。
本実施の形態において、車両ECUおよび充電ECUにおいて実行される蓄電装置の昇温制御処理を説明するためのフローチャートである。
本発明の他の実施の形態に従う充電装置が、車両の外部に設けられる場合の全体ブロック図である。

実施例

0024

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。

0025

図1は、本実施の形態に従う車両100を含む充電システム10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。

0026

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。

0027

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。

0028

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入出力電流を検出するための電流センサ、および蓄電装置110の温度を検出するための温度センサが設けられる。検出された電圧VB、電流IBおよび温度TBは、車両ECU300へ出力される。車両ECU300は、これらの検出値に基づいて、蓄電装置110のSOCを演算する。

0029

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、車両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。

0030

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、車両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、車両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。

0031

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。

0032

モータジェネレータ130の出力トルクは、減速機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。

0033

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。

0034

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。

0035

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、車両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。

0036

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、インレット170と、充電装置200と、充電リレーCHR160とを含む。

0037

インレット170は、車両100の外表面に設けられる。インレット170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。

0038

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(ChargingCircuit Interrupt Device:CCID)が含まれてもよい。

0039

充電装置200は、電力線ACL1,ACL2を介して、インレット170に接続される。また、充電装置200は、電力線PL2,NL2によって、充電リレーCHR160を介して蓄電装置110に接続される。

0040

充電装置200は、車両ECU300からの情報に基づいて、インレット170から供給される交流電力を蓄電装置110の充電電力に変換する。また、充電装置200は、車両ECU300からの情報に基づいて、直流の充電電流に交流電流波形を重畳させて蓄電装置110の昇温を行なう。この充電装置200による蓄電装置110の昇温制御の詳細については後述する。

0041

CHR160は、車両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。

0042

車両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。

0043

車両ECU300は、蓄電装置110のSOCや温度TB等に基づいて、蓄電装置110の昇温が必要であるか否かを判定する。そして、車両ECU300は、充電装置200に対して、蓄電装置110の充電を行なう際の各種のパラメータを含む情報を伝達する。

0044

車両ECU300は、たとえば、車両ECU300に含まれる蓄電装置110の内部インピーダンスマップに基づいて、昇温量下げたい場合には振幅が小さく内部インピーダンスが低い周波数に設定し、昇温量を上げたい場合には振幅が大きく内部インピーダンスが高い周波数に設定する。

0045

図2は、図1における充電装置200の詳細の一例を説明するための図である。図2を参照して、充電装置200は、AC/DC変換部210と、DC/DCコンバータ部220と、出力部230と、制御部250とを含む。

0046

AC/DC変換部210は、ACフィルタ211と、突入電流防止回路212と、力率改善回路(Power Factor Correction:PFC)213と、コンデンサC1とを含み、外部電源500からの交流電力を直流電力に変換する。

0047

ACフィルタ211は、たとえば、リアクトルやコンデンサを含んで構成され、外部電源500から入力される交流電力に含まれるノイズを除去する。

0048

突入電流防止回路212は、電力線対にはそれぞれ、外部電源500からの電力の供給と遮断とを切換えるためのリレーRY1,RY2が設けられる。そして、直列接続されたリレーRY3および抵抗R3が、上記の電力線対のうちのリレーRY2に並列に接続される。充電装置200の電源投入の際は、まず、リレーRY2は開放状態のまま、リレーRY1,RY3が閉成される。このとき、抵抗R3により一部の電流が消費されて、コンデンサC1に流れ込む電流を小さくできるので、コンデンサC1への突入電流を防止することができる。その後、コンデンサC1のプリチャージが完了すると、リレーRY2が閉成され、それに引き続いてリレーRY3が開放される。

0049

PFC213は、交流電力を直流電力に整流するとともに、出力される直流電流交流成分を正弦波に近づけることによって力率を改善する。なお、PFCの詳細な回路構成は公知であるので、ここではその説明は行なわない。

0050

コンデンサC1は、PFC213の出力端子間に接続される。コンデンサC1は、PFC213から出力される直流電圧の変動を低減する。

0051

なお、外部電源500が直流電源の場合には、AC/DC変換部210の一部またはすべてが省略される場合がある。

0052

DC/DCコンバータ部220は、インバータ部221と、トランスTR1と、整流部222と、チョークコイルL1と、コンデンサC2と、電流センサ223とを含み、AC/DC変換部210から出力された直流電圧を所望の電圧に変換する。

0053

インバータ部221は、スイッチング素子Q1〜Q4を含む。インバータ部221のスイッチング素子Q1〜Q4は、制御部250に含まれるPWM生成部251からの制御信号PWDによって制御され、AC/DC変換部210から出力された直流電力を交流電力に変換してトランスTR1の一次巻線に供給する。

0054

トランスTR1は、インバータ部221からの交流電圧を、一次巻線と二次巻線との巻線比に応じた電圧の交流電圧に変換する。

0055

整流部222は、ダイオードブリッジを形成するダイオードD1〜D4を含む。整流部222は、トランスTR1の二次巻線からの交流電力を整流して直流電力に変換する。

0056

チョークコイルL1およびコンデンサC2は、整流部222の出力端子間に直列に接続される。チョークコイルL1およびコンデンサC2は、一緒になってLCフィルタを形成し、整流部222から出力される直流電流に含まれる、インバータ部221の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C2の両端がDC/DCコンバータ部220の出力端子に接続される。

0057

電流センサ223は、チョークコイルL1を流れる電流を検出し、制御部250へ出力する。制御部250においては、電流センサ223で検出された電流を用いて、出力電流フィードバック制御が行なわれる。

0058

出力部230は、ダイオードD20と、出力リレーRY20と、電圧センサ231とを含む。

0059

出力リレーRY20は、DC/DCコンバータ部220の出力端子と充電装置200の出力端子とに接続され、DC/DCコンバータ部220で変換された出力電力の、充電装置外部への出力と遮断とを切換える。

0060

ダイオードD20は、逆流防止用のダイオードであり、正側の電力線において、DC/DCコンバータ部220の出力端子から出力リレーRY20へ向かう方向を順方向として介挿される。

0061

電圧センサ231は、充電装置200の出力端子間に接続され、充電装置200から出力される直流電圧VDCを検出する。そして、電圧センサ231は、その検出値を制御部250へ出力する。制御部250は、電圧センサ231で検出された電圧を用いて、出力電圧のフィードバック制御を行なう。

0062

充電装置200の出力端子は、上述のようにCHR160を介して蓄電装置110へ接続される。

0063

制御部250は、PWM生成部251と、電流比較部252と、加算部253と、充電ECU255と、記憶部256と、通信部257と、電流基準部CS1,CS2と、リレーRY10とを含む。

0064

電流比較部252は、電流基準部CS1,CS2から定まる電流基準値と、電流センサ223からの電流出力値とを比較する。そして、電流比較部252は、その偏差に所定のゲインを掛け合わせて、インバータ部221への指令値を演算し、PWM生成部251へ出力する。

0065

PWM生成部は、電流比較部252からの指令値を受け、この指令値と、予め定められた搬送波とを比較することにより、インバータ部221のスイッチング素子Q1〜Q4を駆動するためのパルス幅変調(Power Width Modulation:PWM)信号である制御信号PWDを生成する。

0066

電流基準部CS1は、充電ECU255からの制御信号REFにより制御され、充電装置200の直流出力電流の目標値(以下、「直流電流基準」とも称する。)を生成する。電流基準部CS1で生成された目標値は、加算部253に出力される。

0067

電流基準部CS2は、充電ECU255からの制御信号WAVにより制御され、電流基準部CS1により生成された直流電流基準に重畳させる交流電流成分の目標値(以下、「交流電流基準」とも称する。)を生成する。電流基準部CS2は、充電ECU255からの制御信号WAVに従って、正弦波,三角波などの交流電流波形の種類、波形の振幅、および波形の周波数等を設定する。電流基準部CS2により生成された交流電流基準は、リレーRY10を介して加算部253に出力される。なお、電流基準部CS2により生成される交流電流波形の周波数は、およそ数kHzのオーダに設定されることが好ましい。

0068

リレーRY10は、充電ECU255からの制御信号SE10により制御され、電流基準部CS2からの交流電流基準の、加算部253への出力と停止とを切換える。リレーRY10は、後述するように、外部充電時に蓄電装置110の昇温が必要である場合に閉成され、電流基準部CS2により生成された交流電流基準を電流基準部CS1からの直流電流基準に重畳させる。

0069

加算部253は、電流基準部CS1,CS2からの直流電流基準および交流電流基準を加算して得られた電流基準値を、電流比較部252へ出力する。

0070

通信部257は、車両ECU300に含まれる通信部310と信号の授受が可能に構成される。通信部257は、車両ECU300の通信部310から、充電電圧および充電電流の目標値Vref,Iref、蓄電装置110の昇温を実行するか否かを示す信号MOD、および、電流基準部CS2で生成される交流電流波形のパターンPTNなどの情報を受ける。また、通信部257は、車両ECU300からの各種信号に対する応答信号を充電ECU255から受け、その応答信号を車両ECU300へ出力する。

0071

充電ECU255は、車両ECU300からの充電電流の目標値Irefに基づいて、電流基準部CS1の直流電流基準を設定するための制御信号REFを生成する。また、充電ECU255は、車両ECU300から受けた波形パターンを示す信号PTNに基づいて、記憶部256から予め定められた波形データWAVを取得し、電流基準部CS2へ出力する。

0072

充電ECU255は、車両ECU300からの充電電圧の目標値Vrefと、電圧センサ231で検出される出力電圧VDCとを比較して、交流電流基準の重畳の終了を判定する。さらに、充電ECU255は、車両ECU300からの蓄電装置110の昇温を実行するか否かを示す信号に基づいてリレーRY10を制御する。

0073

二次電池のような蓄電装置は、一般的に、寒冷地などにおいて低温環境下で蓄電装置の温度が低下すると、蓄電装置内部の化学反応が鈍化してしまい、出力特性および入力特性が低下してしまうことが知られている。このような蓄電装置の特性が低下した状態で充電を実行すると、たとえば、入力電力が制限されることによって充電時間が延びてしまったり、あるいは、低下された許容入力電力を超える電力で充電された場合には、蓄電装置の劣化が促進されてしまったりするおそれがある。

0074

そこで、本実施の形態においては、蓄電装置の温度が低い場合には、充電動作の初期において、直流の充電電流に交流電流成分を重畳させ、交流電流成分による充電電流の変化によって生じる発熱によって蓄電装置を昇温させる昇温制御を実行する。このような昇温制御を行なうことによって、蓄電装置の特性を早期に良い状態にさせて、充電効率の向上および劣化の抑制を行なうことができる。

0075

図3は、本実施の形態における昇温制御の概要を説明するための図である。図3においては、横軸に時間が示され、縦軸には蓄電装置の温度TB、および充電電流Ioが示される。

0076

図1および図3を参照して、時刻t1において外部充電が開始される前において、蓄電装置110の温度TBが、充電特性の良い状態であることを示すしきい値TB2よりも低い温度TB1である場合を考える。

0077

この状態において、時刻t1において蓄電装置110の充電が開始されると、蓄電装置110の温度TBが温度TB2に到達する時刻t2まで、充電装置200は、図3中の曲線W10にように、本来の充電電流の目標値であるIrefに交流電流成分を重畳させる。

0078

このように、交流電流成分が重畳されると、電流の増減に伴って、蓄電装置110の内部抵抗による損失によって発熱が生じる。これによって、蓄電装置110が昇温され、一定電流で充電を行なう場合(図3中のW20)に比べて、蓄電装置110の温度TBが充電特性の良い状態となる温度TB2に到達する時間が短縮される。

0079

なお、このときに、充電電流に重畳させる交流電流成分の周波数は、数kHzのオーダに設定することが望ましい。

0080

図4に示されるように、DC/DCコンバータ部220におけるスイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング周波数F2は、可聴周波数域(約20Hz〜20kHz)を避け、かつ高効率化を図るために数十kHzに設定される場合が一般的である。そのため、数kHz程度の交流電流成分を重畳しても、DC/DCコンバータ部220のトランスTR1やチョークコイルL1は、電流変化に対して十分に応答可能である。すなわち、数kHz程度の交流電流成分を重畳させることによって、高価な大電力部品を追加することなく、電流基準値の生成部分を変更するだけで蓄電装置110の昇温をすることができる。

0081

図5は、本実施の形態において、車両ECU300および充電ECU255で実行される、蓄電装置110の充電時における昇温制御処理を説明するためのフローチャートである。図5に示すフローチャートは、車両ECU300および充電ECU255に予め格納されたプログラム所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、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。

0082

図2および図5を参照して、まずは、充電装置200側の充電ECU255での処理について説明する。

0083

充電ECU255は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、車両100と外部電源500とが接続されたか否かを判定する。車両100と外部電源500とが接続されていない場合(S100にてNO)は、充電動作が実行されないので、充電ECU255は処理を終了する。

0084

車両100と外部電源500とが接続されている場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められ、充電ECU255は、車両ECU300からの車両情報INFOを受信する。

0085

そして、充電ECU255は、S120にて、車両情報INFOに含まれる蓄電装置110の昇温を実行するか否かを示す信号MODに基づいて、交流電流波形を直流充電電流に重畳させる重畳モードであるか否かを判定する。

0086

重畳モードである場合(S120にてYES)は、処理がS130に進められて、充電ECU255は、車両ECU300からの充電電流の目標Irefに基づいて、電流基準部CS1の直流電流基準を設定するとともに、波形パターンを示す信号PTNに従って決定された波形データWAVによって、電流基準部CS2の交流電流基準を設定する。そして、充電ECU255は、リレーRY10を閉成する。

0087

次に、充電ECU255は、S140にて、異常検出マスク処理を行なう。これは、交流電流波形を重畳させることによって、車両ECU300からの充電電流目標値Irefとの実際に出力される充電電流との間に差異が生じてしまうおそれがあるので、それによって異常状態の誤検出が発生することを防止するためである。基本的には、車両ECU300にて直流および交流電流目標値を設定するため、充電ECU255との電流差異は生じないが、交流波形の重畳によって、車両ECU300と充電ECU255との各々の電流計測サンプリングなどの違いにより、差異が生じる可能性がある場合にマスク処理が行なわれる。マスク処理としては、異常の検出を停止する場合だけでなく、異常判定用のしきい値や判定時間を変更する場合も含まれる。

0088

その後、充電ECU255は、S150に処理を進めて、車両ECU300から、重畳モードの終了判定を行なうための目標電圧Vrefを受信する。そして、充電ECU255は、S160にて、電流基準部CS1の直流電流基準に電流基準部CS2の交流電流基準を重畳させた電流基準を用いて充電動作を開始し、蓄電装置110の昇温を実行する。

0089

蓄電装置110の充電が開始されると、充電ECU255は、S170にて、充電装置200の出力電圧VDCが、重畳モードを終了する目標電圧Vrefに到達したか否かを判定する。

0090

充電装置200の出力電圧VDCが目標電圧Vrefに到達した場合(S170にてYES)には、処理がS175に進められて、充電ECU255は、出力電圧VDCが目標電圧Vrefに到達したことを示す信号CMPを車両ECU300へ出力し、その後S190に処理を進める。

0091

充電装置200の出力電圧VDCが目標電圧Vrefに到達していない場合(S170にてNO)は、処理がS180に進められて、充電ECU255は、車両ECU300から、重畳モードの終了を指示する信号MOD_ENDを受信したか否かを判定する。

0092

信号MOD_ENDを受信していない場合(S180にてNO)は、処理がS170に戻されて、充電ECU255は、出力電圧がVrefに到達するか、あるいは、信号MOD_ENDを受信するまで、重畳モードによる充電を継続する。

0093

信号MOD_ENDを受信した場合(S180にてYES)は、処理がS190に進められる。

0094

S190においては、充電ECU255は、昇温動作終了処理を行なう。具体的には、充電ECU255は、リレーRY10を開放するとともに、充電電流の目標値Irefを、通常充電用の値に切換える。なお、重畳モードの場合における充電電流の目標値と、通常充電時の充電電流の目標値とは、同じ値に設定してもよいし、異なる値としてもよい。しかしながら、重畳モードで蓄電装置の昇温が必要な場合には、蓄電装置の特性が低下している可能性が高いので、重畳モードの場合における充電電流の目標値は、通常充電時の充電電流の目標値よりも低く設定されることがより好ましい。

0095

また、S190において、充電ECU255は、S140にて行なった異常検出のマスク処理を解除する。

0096

充電ECU255は、その後、S200に処理を進めて、交流電流波形を重畳させない状態での充電(通常充電処理)を実行する。

0097

そして、充電ECU255は、S210にて車両ECUから、充電終了を示す信号CHG_ENDを受信したか、もしくは、車両100と外部電源500との接続は非接続とされたか否かを判定する。

0098

CHG_ENDを受信した場合、もしくは、車両100と外部電源500とが非接続とされた場合(S210にてYES)は、充電ECU255は、蓄電装置110の充電が完了、あるいは、ユーザにより充電ケーブル400が引抜かれて充電動作が中断されているので、充電装置200からの充電電力の出力を停止して充電動作を終了する。

0099

CHG_ENDを受信しておらず、かつ、車両100と外部電源500とが非接続となっていない場合(S210にてYES)は、蓄電装置110の充電が完了しておらず、また、ユーザによる充電動作の中断もされていないので、充電ECU255は、処理をS200に戻して、通常充電による充電動作を継続する。

0100

なお、S120において、重畳モードではないと判定された場合(S120にてNO)は、S130〜S190までの処理がスキップされ、充電ECU255は、S200において通常充電処理を実行する。

0101

次に、車両ECU300側の処理について説明する。車両ECU300は、S300にて、車両100と外部電源500とが接続されたか否かを判定する。車両100と外部電源500とが接続されていない場合(S300にてNO)は、充電動作が実行されないので、車両ECU300は処理を終了する。

0102

車両100と外部電源500とが接続されている場合(S300にてYES)は、処理がS310に進められて、次に車両ECU300は、重畳モードの開始条件成立しているか否かを判定する。重畳モードの開始条件としては、たとえば、現在充電中ではないこと、SOCの状態から充電が必要であること、および蓄電装置110の温度TBが所定の温度を下回っていることなどが含まれる。

0103

重畳モードの開始条件が成立している場合(S310にてYES)は、処理がS320に進められて、車両ECU300は、充電中に積極的に蓄電装置110を昇温させる重畳モードを選択する。そして、S330にて、車両ECU300は、車両情報INFOを充電ECU255へ出力する。

0104

その後、車両ECU300は、充電ECU255と同様に、異常検出のマスク処理を行なう。車両ECU300においても、実際に蓄電装置110で受けた充電電流が充電電流の目標値Irefに対応しているか否かを判定している場合があるので、そのような場合には、異常検出処理において誤検出が生じないようにマスク処理が実行される。

0105

そして、車両ECU300は、重畳モードにおける充電装置200の出力電圧の目標値Vrefを充電ECU255へ出力する。これによって、充電ECU255において、重畳モードによる蓄電装置110を昇温させながらの充電動作が開始される。

0106

車両ECU300は、S360にて、蓄電装置110の温度TBが上昇して目標温度まで到達したか否かを判定する。

0107

蓄電装置110が目標温度まで到達した場合(S360にてYES)は、処理がS380に進められて、車両ECU300は、重畳モードの終了指示信号MOD_ENDを充電ECU255へ送信する。

0108

蓄電装置110が目標温度に到達していない場合(S360にてNO)は、処理がS370に進められて、車両ECU300は、充電装置200の出力電圧が目標電圧に到達したことを示す信号CMPを、充電ECU255から受信しているか否かを判定する。

0109

目標電圧到達信号CMPを受信していない場合(S370にてNO)は、処理がS360に戻され、蓄電装置110の温度TBが目標温度に到達するか、あるいは充電装置200の出力電圧が目標電圧に到達するまで、車両ECU300は重畳モードを継続する。

0110

目標電圧到達信号CMPを受信した場合(S370にてYES)は、処理がS380に進められて、車両ECU300は、重畳モードの終了指示信号MOD_ENDを充電ECU255へ送信する。

0111

S380の終了指示信号MOD_ENDに応答して、充電ECU255は、重畳モードによる充電を停止して通常充電処理に移行する。そして、車両ECU300は、S390にて、充電を終了すべき状態であるか否かを判定する。具体的には、蓄電装置110のSOCが満充電状態となったか、あるいは、ユーザにより充電ケーブル400が強制的に非接続とされて充電動作が中断されたか否かが判定される。

0112

充電を終了すべき状態ではない場合(S390にてNO)は、処理がS390に戻されて、車両ECU300は、充電を終了すべき状態となるまで充電動作を継続する。

0113

充電を終了すべき状態となった場合(S390にてYES)は、処理がS400に進められて、車両ECU300は、充電終了処理を行ない、充電ECU255に充電終了指示CHG_ENDを送信する。

0114

なお、S310において、重畳モードの開始条件が成立していない場合(S310にてNO)は、処理がS325に進められ、蓄電装置110の昇温を行なわない通常モードが選択される。そして、処理がS390に進められる。S390以降の処理は上述と同様である。

0115

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、特別なハードウェア機器を追加することなく、外部充電の初期に、充電電流に交流電流波形を重畳させて、積極的に蓄電装置を昇温することができる。これによって、低温環境下において外部充電を行なう場合でも、早期に蓄電装置の入力特性(充電特性)が低下した状態を脱して、特性のよい状態で充電を行なうことができるので、充電時間を延長することなく、かつ蓄電装置の劣化を抑制することが可能となる。

0116

なお、上述の実施の形態においては、充電装置200側の制御を充電装置200の制御部250で実行する場合を例として説明したが、たとえば、充電装置200が、電力伝達系である図2におけるAC/DC変換部210、DC/DCコンバータ部220、出力部230のみを有し、車両ECU300で制御部250に相当する制御を併せて実行するような構成とすることも可能である。この場合には、図5におけるフローチャートは、充電装置200側の制御が車両100側の制御に統合されたものに変形され得る。

0117

あるいは、上記における車両ECU300の処理を、充電装置200側の制御部250で実行するようにしてもよい。その場合には、制御部250は、蓄電装置110のSOCおよび温度TBを受け、これらに基づいて交流電流波形を決定する。

0118

また、上述の実施の形態においては、車両100が充電装置200を搭載し、外部電源500からの交流電力を車両100において直流電力に変換する構成について説明したが、図6の充電システム10Aに示されるように、直流電力へ変換するための充電装置200Aが車両100Aの外部に設けられる構成とすることも可能である。

0119

この場合、車両外部の充電装置200Aは、車両ECU300からの車両情報を、有線または無線通信により取得し、重畳モードの場合には、交流電流波形を重畳させた充電電流を充電ケーブル400を介して車両へ伝達する。このような構成においても、図5に示した処理に従って制御を行なうことによって、充電中に蓄電装置110の昇温を行なうことが可能となる。

0120

なお、本実施の形態における「AC/DC変換部210」および「DC/DCコンバータ部220」は、本発明における「電力変換部」の一例である。

0121

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、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。

0122

10,10A充電システム、100,100A 車両、110蓄電装置、115SMR、120 PCU、130モータジェネレータ、140動力伝達ギア、150駆動輪、170インレット、160 CHR、200,200A充電装置、210 AC/DC変換部、211 ACフィルタ、212突入電流防止回路、213 PFC、220 DC/DCコンバータ部、221インバータ部、222整流部、223電流センサ、230 出力部、231電圧センサ、250 制御部、251 PWM生成部、252電流比較部、253加算部、255充電ECU、256 記憶部、257,310通信部、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,PL2,NL1,NL2電力線、C1,C2コンデンサ、CS1,CS2電流基準部、D1〜D4,D20ダイオード、L1チョークコイル、Q1〜Q4スイッチング素子、R3抵抗、RY1〜RY3,R10,R20リレー、TR1トランス。

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