JP4222262B2 - 電源システムおよびそれを備えた車両ならびに電源システムの制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電源システムおよびそれを備えた車両ならびに電源システムの制御方法に関し、特に、商用交流電力を外部へ出力可能な電源システムおよびそれを備えた車両ならびに電源システムの制御方法に関する。

従来より、モータジェネレータを動力源とするハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）を商用電源（ＡＣ１００Ｖ電源）システムとして利用する提案がなされている。すなわち、非常・災害時の非常用電源や、キャンプ地など周囲に商用電源設備がないときの商用電源として、ハイブリッド自動車等を利用しようというものである。そして、このような利用方法は、ハイブリッド自動車等の商品価値を高めるものである。

このような商用電源システムとして利用し得る自動車としては、二次電池と、二次電池からの直流電力をＡＣ１００Ｖ電力に変換してコンセントへ出力するためのＡＣ１００Ｖインバータとを備えた自動車が知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

この特許文献１で開示される自動車によれば、ＡＣ１００Ｖインバータや車両制御システム、二次電池などの状態に基づいてＡＣ１００Ｖ出力の出力可否が決定されるので、車両の良好な駆動制御を確保することができるとともに、二次電池からの電力を用いてＡＣ１００Ｖ出力を行なうことができる。
特開２００２−３７４６０４号公報

上述したハイブリッド自動車や電気自動車などの車両システムにおいては、高効率化や小型化などが要求される。上述した商用電源システムは、ハイブリッド自動車等の商品価値を高めるものであるが、車両システムに実装するに際しては、上述した要求特性を阻害しないように十分配慮する必要がある。

上述した特許文献１では、そのような配慮が十分になされているとは言えない。すなわち、特許文献１では、ＡＣ１００Ｖインバータは、二次電池からの直流電圧をＡＶ１００Ｖに変換して出力するが、電池電圧はそれほど高くないため（たとえば２００Ｖ程度）、ある程度の外部出力（パワー）を確保するには、電流量が大きくなってしまう。したがって、特許文献１に開示された技術では、ＡＣ１００Ｖインバータを構成するパワー素子が大型化し、効率低下や体格増大を招くことが予想される。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高効率化を実現する電源システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、小型化を実現する電源システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、高効率化を実現する電源システムを備えた車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、小型化を実現する電源システムを備えた車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、高効率化を実現する電源システムの制御方法を提供することである。

この発明によれば、電源システムは、第１の直流電圧を発生する直流電源と、直流電源から出力される第１の直流電圧を受け、その受けた第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧する昇圧コンバータと、昇圧コンバータによって昇圧された第２の直流電圧を受け、その受けた第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力する電圧変換装置とを備える。

好ましくは、電源システムは、昇圧コンバータに接続され、かつ、昇圧コンバータから第２の直流電圧を受けて回転電機を駆動制御するインバータをさらに備え、電圧変換装置は、インバータを昇圧コンバータと接続する電源ラインに接続される。

好ましくは、インバータは、回転電機によって発電された電圧を受け、その受けた電圧を電源ラインにさらに供給し、電圧変換装置は、インバータから電源ラインに供給された供給電圧を受け、その受けた供給電圧を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へさらに出力する。

好ましくは、電源システムは、昇圧コンバータ、インバータおよび電圧変換装置の動作を制御する制御装置をさらに備え、制御装置は、直流電源の残存容量が所定量以上のとき、昇圧コンバータによって昇圧された第２の直流電圧が所定の交流電圧に変換されて商用電圧利用機器へ出力されるように昇圧コンバータおよび電圧変換装置を制御し、直流電源の残存容量が所定量よりも少ないとき、回転電機によって発電され、かつ、インバータによって電源ラインに供給された供給電圧が所定の交流電圧に変換されて商用電圧利用機器へ出力されるようにインバータおよび電圧変換装置を制御する。

好ましくは、昇圧コンバータは、商用電圧利用機器による電力消費量に基づいて第２の直流電圧の電圧レベルを変更する。

好ましくは、昇圧コンバータは、商用電圧利用機器による電力消費量が所定量以上のとき、第２の直流電圧が昇圧コンバータによって昇圧可能な最大電圧となるように第１の直流電圧を昇圧し、電力消費量が所定量よりも少ないとき、第２の直流電圧が最大電圧よりも低い電圧レベルとなるように第１の直流電圧を昇圧する。

好ましくは、所定の交流電圧は、商用交流電圧である。

また、この発明によれば、車両は、上述したいずれかの電源システムを備える。

好ましくは、電圧変換装置は、当該車両の停止時に駆動される。

好ましくは、電圧変換装置は、当該車両の走行時にさらに駆動され、商用電圧利用機器による電力消費量が当該車両の走行中に所定量を超えたとき、商用電圧利用機器へ出力する電力を制限する。

また、この発明によれば、電源システムの制御方法は、直流電源が発生する第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を用いて回転電機を駆動し、かつ、昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力可能な電源システムの制御方法であって、商用電圧利用機器による消費電力量を算出する第１のステップと、第１のステップにおいて算出された消費電力量に基づいて第２の直流電圧の電圧レベルを制御する第２のステップとを備える。

好ましくは、第２のステップは、第１のステップにおいて算出された消費電力量が所定量よりも少ないとき、昇圧可能な最大電圧よりも低い電圧レベルに第２の直流電圧を制御する第１のサブステップと、第１のステップにおいて算出された消費電力量が所定量以上のとき、最大電圧の電圧レベルに第２の直流電圧を制御する第２のサブステップとを含む。

好ましくは、電源システムの制御方法は、当該電源システムが搭載される車両の停止状態を確認する第３のステップと、第３のステップにおいて車両の停止状態が確認されているとき、第２のステップにおいて電圧レベルが制御された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へ出力する第４のステップとをさらに備える。

また、この発明によれば、電源システムの制御方法は、直流電源が発生する第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を用いて回転電機を駆動し、かつ、昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力可能な電源システムの制御方法であって、直流電源の残存容量を算出する第１のステップと、第１のステップにおいて算出された残存容量が所定量以上のとき、昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へ出力する第２のステップと、第１のステップにおいて算出された残存容量が所定量よりも少ないとき、回転電機によって発電された電力を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へ出力する第３のステップとを備える。

好ましくは、電源システムの制御方法は、当該電源システムが搭載される車両の停止状態を確認する第４のステップをさらに備え、第４のステップにおいて車両の停止状態が確認されているとき、第２または第３のステップにおいて所定の交流電圧を商用電圧利用機器へ出力する。

好ましくは、所定の交流電圧は、商用交流電圧である。

この発明による電源システムにおいては、電圧変換装置は、昇圧コンバータによって昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力するようにしたので、商用電圧利用機器への出力電力を確保しつつ、電圧変換装置の入力電流を小さくすることができる。

したがって、この発明によれば、電圧変換装置を構成するパワー素子を小型化することができ、その結果、発熱量の低減や冷却能力の縮小による効率向上を図ることができる。また、電圧変換装置に小型のパワー素子を用いることによって、電圧変換装置を小型化できる。

また、この発明による電源システムにおいては、制御装置は、昇圧コンバータによって昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へ出力するか、または、回転電機による発電電圧を所定の交流電圧に変換して商用電圧利用機器へ出力するかを直流電源の残存容量に応じて切替えるようにしたので、直流電源の残存容量が少ないときは、回転電機によって発電された電力が商用電圧利用機器へ出力される。

したがって、この発明によれば、直流電源の充電状態に拘わらず、所定の交流電圧を外部の商用電圧利用機器に供給することができる。

また、この発明による電源システムにおいては、昇圧コンバータは、商用電圧利用機器による電力消費量に基づいて第２の直流電圧の電圧レベルを変更するようにしたので、商用電圧利用機器の負荷状況に応じた昇圧制御が実行される。

したがって、この発明によれば、商用電圧利用機器の負荷が小さいときに電圧変換装置の入力電圧が不必要な電圧レベルまで昇圧されることはなく、電源システム全体の効率を向上することができる。

また、この発明による車両によれば、上述した電源システムを備えるので、車両において特に要求される高効率化および小型化を実現できる。

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返さない。

図１は、この発明による電源システムが搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。

図１を参照して、ハイブリッド自動車１０は、バッテリ１２と、パワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下「ＰＣＵ」と称する。）１４と、ＡＣ出力コンセント１５と、動力出力装置１６と、ディファレンシャルギア（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｅａｒ、以下「ＤＧ」と称する。）１８と、前輪２０Ｒ，２０Ｌと、後輪２２Ｒ，２２Ｌと、フロントシート２４Ｒ，２４Ｌと、リアシート２６とを備える。

バッテリ１２は、たとえば、リアシート２６の後方に配設される。ＰＣＵ１４は、たとえば、フロントシート２４Ｒ，２４Ｌの下部に位置するフロア下領域に配設される。動力出力装置１６は、たとえば、ダッシュボード２８の前方のエンジンルームに配設される。そして、ＰＣＵ１４は、バッテリ１２および動力出力装置１６と電気的に接続される。また、動力出力装置１６は、ＤＧ１８と連結される。

直流電源であるバッテリ１２は、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池からなる。バッテリ１２は、発生した直流電圧をＰＣＵ１４へ供給するとともに、ＰＣＵ１４から出力される直流電圧によって充電される。

ＰＣＵ１４は、バッテリ１２から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータ（図示せず、以下同じ。）を駆動制御する。また、ＰＣＵ１４は、動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータによって発電された交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１２を充電する。

さらに、ＰＣＵ１４は、バッテリ１２から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を商用交流電圧に変換してＡＣ出力コンセント１５から出力することができる。また、さらに、ＰＣＵ１４は、動力出力装置１６に含まれるモータジェネレータによって発電された電圧を商用交流電圧に変換してＡＣ出力コンセント１５から出力することができる。このＰＣＵ１４の構成については、後ほど詳しく説明する。

動力出力装置１６は、エンジン（図示せず、以下同じ。）およびモータジェネレータからなり、エンジンおよび／またはモータジェネレータにより動力を発生してＤＧ１８へ出力する。また、動力出力装置１６は、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力を受けて発電し、その発電した電力をＰＣＵ１４に供給する。さらに、動力出力装置１６は、エンジンの動力を用いてモータジェネレータにより電力を発電し、その発電した電力をＰＣＵ１４に供給する。

ＤＧ１８は、動力出力装置１６から受ける動力を前輪２０Ｒ，２０Ｌに伝達するとともに、前輪２０Ｒ，２０Ｌの回転力を動力出力装置１６に伝達する。

なお、上記において、バッテリ１２およびＰＣＵ１４は、「電源システム」を構成する。

図２は、図１に示したＰＣＵ１４の主要部の構成を示す回路図である。

図２を参照して、ＰＣＵ１４は、昇圧コンバータ３２と、インバータ３４，３６と、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８と、制御装置４０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１，ＰＬ２と、接地ラインＳＬと、Ｕ相ラインＵＬ１，ＵＬ２と、Ｖ相ラインＶＬ１，ＶＬ２と、Ｗ相ラインＷＬ１，ＷＬ２とを含む。

Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してインバータ３４と接続されるモータジェネレータＭＧ１、およびＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してインバータ３６と接続されるモータジェネレータＭＧ２は、図１に示した動力出力装置１６に含まれる。モータジェネレータＭＧ１は、３相交流同期電動発電機であって、インバータ３４から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧ１は、動力出力装置１６に含まれるエンジン（図示せず、以下同じ。）の動力を用いて交流電力を発生し、その発生した交流電力をインバータ３４に供給する。モータジェネレータＭＧ２は、３相交流同期電動機であって、インバータ３６から受ける交流電力によって駆動力を発生する。

ＰＣＵ１４に含まれる昇圧コンバータ３２とバッテリ１２との間に接続されるシステムメインリレー４２は、バッテリ１２をＰＣＵ１４と接続／遮断するためのリレーである。システムメインリレー４２は、制御装置４０からの制御指令に基づいてバッテリ１２を昇圧コンバータ３２に接続するとき、抵抗Ｒと直列に接続されたリレーＳＭＲ２を最初に閉じ、その後リレーＳＭＲ１を閉じることによって、バッテリ１２から昇圧コンバータ３２へ突入電流が流れるのを防止する。

昇圧コンバータ３２は、パワートランジスタＱ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬとからなる。パワートランジスタＱ１，Ｑ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に直列に接続され、制御装置４０からの制御信号をベースに受ける。各パワートランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードＤ１，Ｄ２がそれぞれ接続される。

リアクトルＬは、システムメインリレー４２を介してバッテリ１２の正極と接続される電源ラインＰＬ１に一端が接続され、パワートランジスタＱ１のエミッタとパワートランジスタＱ２のコレクタとの接続点に他端が接続される。

この昇圧コンバータ３２は、パワートランジスタＱ２のスイッチング動作に応じて流れる電流をリアクトルＬに磁場エネルギーとして蓄積することによってバッテリ１２からの直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧をパワートランジスタＱ２がオフされたタイミングに同期してダイオードＤ１を介して電源ラインＰＬ２に供給する。また、昇圧コンバータ３２は、インバータ３４から受ける直流電圧をバッテリ１２の電圧レベルに降圧してバッテリ１２を充電する。

インバータ３４は、Ｕ相アーム５２、Ｖ相アーム５４およびＷ相アーム５６からなる。Ｕ相アーム５２、Ｖ相アーム５４およびＷ相アーム５６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム５２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１１，Ｑ１２からなり、Ｖ相アーム５４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１３，Ｑ１４からなり、Ｗ相アーム５６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ１５，Ｑ１６からなる。また、各パワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ１１〜Ｄ１６がそれぞれ接続されている。

そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ３４は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介してモータジェネレータＭＧ１へ出力する。また、インバータ３４は、モータジェネレータＭＧ１からＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ１，ＶＬ１，ＷＬ１を介して受ける３相交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

インバータ３６は、Ｕ相アーム６２、Ｖ相アーム６４およびＷ相アーム６６からなる。Ｕ相アーム６２、Ｖ相アーム６４およびＷ相アーム６６は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に並列に接続される。Ｕ相アーム６２は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２１，Ｑ２２からなり、Ｖ相アーム６４は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２３，Ｑ２４からなり、Ｗ相アーム６６は、直列に接続されたパワートランジスタＱ２５，Ｑ２６からなる。また、各パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードＤ２１〜Ｄ２６がそれぞれ接続されている。

そして、インバータ３６においても、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。

このインバータ３６は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を３相交流電圧に変換し、その変換した３相交流電圧をＵ，Ｖ，Ｗ各相ラインＵＬ２，ＶＬ２，ＷＬ２を介してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリ１２および昇圧コンバータ３２に対しての影響を低減する。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ３４，３６および昇圧コンバータ３２に対しての影響を低減する。

ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、電源ラインＰＬ２および接地ラインＳＬに接続される。このＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、ハイブリッド自動車１０の停止中にこのハイブリッド自動車１０を商用電源として利用するときに作動する。すなわち、ハイブリッド自動車１０の停止時、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、バッテリ１２の電池電圧が昇圧コンバータ３２によって昇圧された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を商用交流電圧に変換し、図示されないＡＣ出力コンセント１５に接続された電気負荷４４へその商用交流電圧を出力する。また、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、モータジェネレータＭＧ１によって発電され、かつ、インバータ３４によって整流されて電源ラインＰＬ２に供給された直流電圧を商用交流電圧に変換して電気負荷４４へ出力することもできる。

制御装置４０は、モータトルク指令値、モータジェネレータＭＧ１の各相電流値、およびインバータ３４の入力電圧（すなわち電源ラインＰＬ２の電圧）に基づいてモータジェネレータＭＧ１の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６をオン／オフするＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してインバータ３４へ出力する。同様にして、制御装置４０は、パワートランジスタＱ２１〜Ｑ２６をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してインバータ３６へ出力する。

また、制御装置４０は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ３４，３６の入力電圧（すなわち電源ラインＰＬ２の電圧）を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成して昇圧コンバータ３２へ出力する。

さらに、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ１２を充電するため、インバータ３４および昇圧コンバータ３２におけるパワートランジスタＱ１１〜Ｑ１６，Ｑ１，Ｑ２のスイッチング動作を制御する。

また、さらに、制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０の停止中にこのハイブリッド自動車１０が商用電源として利用されるとき、システムメインリレー４２のリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をオンし、昇圧コンバータ３２およびＤＣ／ＡＣ電源装置３８を駆動制御する。すなわち、ハイブリッド自動車１０の停止中にユーザからの商用電源の利用要求に応じてＤＣ／ＡＣ変換装置３８が活性化されると、制御装置４０は、システムメインリレー４２をオンし、バッテリ１２を昇圧コンバータ３２と電気的に接続する。そして、制御装置４０は、昇圧コンバータ３２を制御してバッテリ１２からの直流電圧を昇圧させ、その昇圧された昇圧電圧を商用交流電圧に変換して外部の電気負荷４４へ出力するようにＤＣ／ＡＣ変換装置３８を制御する。

ここで、制御装置４０は、電気負荷４４の消費電力量が所定量以上のときは、バッテリ１２の電池電圧（たとえば２００Ｖ程度）が昇圧コンバータ３２により昇圧可能な電圧レベル（たとえば６５０Ｖ程度）まで昇圧されるように昇圧コンバータ３２を制御する。一方、制御装置４０は、電気負荷４４の消費電力量が所定量よりも少ないときは、昇圧電圧が昇圧可能な電圧よりも低い電圧レベルとなるように昇圧コンバータ３２を制御する。

また、さらに、制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０の停止中にこのハイブリッド自動車１０が商用電源として利用されるとき、バッテリ１２のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が所定量よりも少なければ、モータジェネレータＭＧ１に接続されたエンジン（図示せず、以下同じ。）を駆動し、インバータ３４およびＤＣ／ＡＣ電源装置３８を駆動制御する。すなわち、制御装置４０は、バッテリ１２のＳＯＣが所定量よりも少ないと判断すると、モータジェネレータＭＧ１に発電させるためにエンジンを駆動制御する。そして、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力を整流して電源ラインＰＬ２に供給するようにインバータ３４を制御し、インバータ３４から電源ラインＰＬ２に供給された直流電圧を商用交流電圧に変換して外部の電気負荷４４へ出力するようにＤＣ／ＡＣ変換装置３８を制御する。

なお、上記において、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、「電圧変換装置」を構成する。

このＰＣＵ１４においては、昇圧コンバータ３２は、バッテリ１２の電池電圧を昇圧し、インバータ３４，３６は、その昇圧された直流電圧を３相交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ駆動する。また、インバータ３４は、エンジンと接続されるモータジェネレータＭＧ１によって発電された３相交流電圧を直流電圧に整流し、昇圧コンバータ３２は、インバータ３４からの直流電圧をバッテリ１２の電圧レベルに降圧してバッテリ１２を充電する。

また、このＰＣＵ１４においては、ハイブリッド自動車１０の停止中、昇圧コンバータ３２は、バッテリ１２の電池電圧を昇圧し、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、その昇圧された直流電圧を商用交流電圧に変換して外部の電気負荷４４へ出力する。ここで、制御装置４０によってバッテリ１２のＳＯＣが十分でないと判断されると、モータジェネレータＭＧ１と接続されたエンジンが駆動され、モータジェネレータＭＧ１は、エンジンの動力を受けて発電する。そして、インバータ３４は、モータジェネレータＭＧ１によって発電された３相交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給し、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、その直流電圧を商用交流電圧に変換して外部の電気負荷４４へ出力する。

このＰＣＵ１４の特徴的な点は、バッテリ１２の電池電圧よりも高電圧に制御される電源ラインＰＬ２にＤＣ／ＡＣ変換装置３８が接続されていることである。これによって、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電圧を高電圧化できるため、電気負荷４４へ出力電力を確保しつつ、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電流を小さくすることができる。したがって、ＤＣ／ＡＣ変換装置がバッテリに直接接続され、ＤＣ／ＡＣ変換装置の入力電圧が電池電圧である従来技術の場合に比べて、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８を構成するパワー素子の小型化や低損失化を図ることができる。

また、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８を構成するパワー素子のサイズが上述した従来技術を構成するパワー素子のサイズと同じであるならば、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電圧が高電圧化された分だけ、電気負荷４４へ大きな電力を出力することができる。

図３は、図２に示したＰＣＵ１４による商用交流電圧の出力制御を示すフローチャートである。

図３を参照して、ハイブリッド自動車１０のユーザによってＤＣ／ＡＣ変換装置３８のスイッチがオンされると（ステップＳ２）、制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０が停止状態であるか否かを確認する（ステップＳ４）。制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０が停止状態でないと判断すると（ステップＳ４でＮＯ）、処理を終了する。

一方、制御装置４０は、ハイブリッド自動車１０が停止状態であることを確認すると（ステップＳ４でＹＥＳ）、システムメインリレー４２をオンする（ステップＳ６）。そして、制御装置４０は、バッテリ１２の充電状態を確認するためにバッテリ１２のＳＯＣを算出し（ステップＳ８）、バッテリ１２からの電力によって商用交流電力を出力可能な所定量Ｓ０よりもＳＯＣが少ないか否かをチェックする（ステップＳ１０）。

バッテリ１２のＳＯＣが所定量Ｓ０よりも少ないと制御装置４０によって判定されると（ステップＳ１０でＹＥＳ）、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧ１に接続されるエンジンを駆動し（ステップＳ１２）、モータジェネレータＭＧ１経由による商用交流電力の出力制御を実行する（ステップＳ１４）。

すなわち、この場合、エンジンの駆動によってモータジェネレータＭＧ１が発電し、モータジェネレータＭＧ１は、その発電した電力をインバータ３４へ出力する。インバータ３４は、モータジェネレータＭＧ１から受けた３相交流電力を整流して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、制御装置４０からの制御信号に応じて昇圧コンバータ３２のパワートランジスタＱ１，Ｑ２が動作することによって電源ラインＰＬ２の直流電力が所定の電圧レベルに調整され、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、電圧調整された電源ラインＰＬ２の直流電圧を商用交流電圧に変換して電気負荷４４へ出力する。

一方、バッテリ１２のＳＯＣが所定量Ｓ０以上であると制御装置４０によって判定されると（ステップＳ１０でＮＯ）、制御装置４０は、バッテリ１２によって商用交流電力を生成可能であると判断し、バッテリ１２経由による商用交流電力の出力制御を実行する（ステップＳ１６）。

すなわち、この場合、昇圧コンバータ３２は、制御装置４０からの制御信号に応じてバッテリ１２から出力される直流電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。そして、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８は、昇圧コンバータ３２によって昇圧された電源ラインＰＬ２の直流電圧を商用交流電圧に変換して電気負荷４４へ出力する。

図４は、ＰＣＵ１４による商用交流電圧の出力制御が実行される際の昇圧コンバータ３２による電圧制御を示すフローチャートである。

図４を参照して、制御装置４０は、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８から電気負荷４４へ出力される電流値に基づいて電気負荷４４による消費電力量を算出する（ステップＳ２２）。そして、制御装置４０は、電気負荷４４による消費電力量が所定量Ｐｔｈよりも少ないか否かを判定する（ステップＳ２４）。

電気負荷４４による消費電力量が所定量Ｐｔｈよりも少ないと制御装置４０によって判定されると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、昇圧コンバータ３２は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２の電圧を昇圧可能な最大電圧よりも低い所定の電圧レベルに制御する（ステップＳ２６）。

一方、電気負荷４４による消費電力量が所定量Ｐｔｈ以上であると制御装置４０によって判定されると（ステップＳ２４でＮＯ）、昇圧コンバータ３２は、電源ラインＰＬ２の電圧を昇圧可能な最大電圧に制御する（ステップＳ２８）。

すなわち、このＰＣＵ１４においては、バッテリ１２の電池電圧を昇圧した昇圧電圧を用いて商用交流電力を生成することによって、上述したようにＤＣ／ＡＣ変換装置３８におけるパワー素子の小型化や低損失化を図るものであるが、電気負荷４４の消費電力が小さい場合には、昇圧コンバータ３２の負荷を低減してＰＣＵ１４全体の効率を改善をするために、昇圧コンバータ３２によって昇圧可能な最大電圧よりも低い電圧レベルに昇圧電圧を制御するようにしたものである。

以上のように、この実施の形態によれば、バッテリ１２の電池電圧よりも高電圧に制御される電源ラインＰＬ２にＤＣ／ＡＣ変換装置３８を接続するようにしたので、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電圧を高電圧化することができる。したがって、外部の電気負荷４４への出力電力量を確保しつつ、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電流を小さくすることができ、その結果、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８を構成するパワー素子を小型化できる。また、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８を構成するパワー素子を小型化することによって、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の小型化、低損失化、低コスト化なども実現される。

また、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８を構成するパワー素子のサイズを従来レベルとすれば、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８の入力電圧が高電圧化されることによって、より大きな電力を電気負荷４４へ出力することができる。

また、この実施の形態によれば、ＰＣＵ１４における商用交流電力の出力制御をバッテリ１２経由とするか、またはモータジェネレータＭＧ１経由とするかを切替可能としたので、バッテリ１２の充電状態やエンジンを動作させたくない周囲状況にあるなど、そのときの状況に応じた商用交流電力の出力制御を実現できる。

また、この実施の形態によれば、ＰＣＵ１４における商用交流電力の出力制御を実行する際、電気負荷４４の負荷状況に応じて昇圧コンバータ３２を可変電圧制御するようにしたので、電気負荷４４の負荷が小さいときは、昇圧コンバータ３２における昇圧率が低減され、その結果、昇圧コンバータ３２を含めたＰＣＵ１４全体の効率が改善される。

なお、上記においては、ＰＣＵ１４による商用交流電圧の出力制御は、バッテリ１２のＳＯＣに基づいて、モータジェネレータＭＧ１経由とするかバッテリ１２経由とするかを切替えるものとしたが、いずれかの出力ルートをユーザが任意に選択できるものであってもよい。

また、上記においては、昇圧コンバータ３２は、電気負荷４４の負荷条件によって、昇圧可能な最大電圧制御を行なうか、または最大電圧よりも低い電圧に昇圧する低電圧制御を行なうものとしたが、昇圧コンバータ３２は、電気負荷４４の負荷条件によらず、昇圧可能な最大電圧に昇圧してもよい。この場合は、商用交流電力を外部へ出力する際の昇圧コンバータ３２の昇圧制御が簡易なものとなる。

また、上記においては、ＰＣＵ１４による商用交流電圧の出力制御は、ハイブリッド自動車１０の停止中に実行されるものとしたが、商用交流電圧の出力制御を走行中に実行するようにしてもよい。この場合、昇圧コンバータ３２によって昇圧される電源ラインＰＬ２の電圧レベルは、常時最大電圧ではなく、ハイブリッド自動車１０の走行条件に応じて最大電圧とバッテリ１２の電池電圧との間で変動するため、ＤＣ／ＡＣ変換装置３８からの出力に一定の制限を設けるのが好ましい。あるいは、電気負荷４４の消費電力量が所定量を超えたとき、表示装置へ警報を出力するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による電圧変換装置が搭載された車両の一例として示されるハイブリッド自動車の構成を示す概略図である。 図１に示すＰＣＵの主要部の構成を示す回路図である。 図２に示すＰＣＵによる商用交流電圧の出力制御を示すフローチャートである。 図２に示すＰＣＵによる商用交流電圧の出力制御が実行される際の昇圧コンバータによる電圧制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド自動車、１２ バッテリ、１４ ＰＣＵ、１５ ＡＣ出力コンセント、１６ 動力出力装置、１８ ＤＧ、２０Ｒ，２０Ｌ 前輪、２２Ｒ，２２Ｌ 後輪、２４Ｒ，２４Ｌ フロントシート、２６ リアシート、３２ 昇圧コンバータ、３４，３６ インバータ、３８ ＤＣ／ＡＣ変換装置、４０ 制御装置、４２ システムメインリレー、４４ 電気負荷、５２，６２ Ｕ相アーム、５４，６４ Ｖ相アーム、５６，６６ Ｗ相アーム、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源ライン、ＳＬ 接地ライン、ＵＬ１，ＵＬ２ Ｕ相ライン、ＶＬ１，ＶＬ２ Ｖ相ライン、ＷＬ１，ＷＬ２ Ｗ相ライン、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２６ パワートランジスタ、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ リレー、Ｒ 抵抗。

Claims (13)

1. 第１の直流電圧を発生する直流電源と、
   前記直流電源から出力される前記第１の直流電圧を受け、その受けた第１の直流電圧を第２の直流電圧に昇圧する昇圧コンバータと、
   前記昇圧コンバータによって昇圧された前記第２の直流電圧を受け、その受けた第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力する電圧変換装置と、
   前記昇圧コンバータに接続され、前記昇圧コンバータから前記第２の直流電圧を受けて回転電機を駆動制御するインバータと、
   前記昇圧コンバータ、前記インバータおよび前記電圧変換装置の動作を制御する制御装置とを備え、
   前記電圧変換装置は、前記インバータを前記昇圧コンバータと接続する電源ラインに接続され、
   前記インバータは、前記回転電機によって発電された電圧を受け、その受けた電圧を前記電源ラインにさらに供給し、
   前記電圧変換装置は、前記インバータから前記電源ラインに供給された供給電圧を受け、その受けた供給電圧を前記所定の交流電圧に変換して前記商用電圧利用機器へさらに出力し、
   前記制御装置は、前記直流電源の残存容量が所定量以上のとき、前記昇圧コンバータによって昇圧された前記第２の直流電圧が前記所定の交流電圧に変換されて前記商用電圧利用機器へ出力されるように前記昇圧コンバータおよび前記電圧変換装置を制御し、前記直流電源の残存容量が前記所定量よりも少ないとき、前記回転電機によって発電され、かつ、前記インバータによって前記電源ラインに供給された前記供給電圧が前記所定の交流電圧に変換されて前記商用電圧利用機器へ出力されるように前記インバータおよび前記電圧変換装置を制御する、電源システム。
2. 前記昇圧コンバータは、前記商用電圧利用機器による電力消費量に基づいて前記第２の直流電圧の電圧レベルを変更する、請求項１に記載の電源システム。
3. 前記昇圧コンバータは、前記商用電圧利用機器による電力消費量が所定量以上のとき、前記第２の直流電圧が前記昇圧コンバータによって昇圧可能な最大電圧となるように前記第１の直流電圧を昇圧し、前記電力消費量が前記所定量よりも少ないとき、前記第２の直流電圧が前記最大電圧よりも低い電圧レベルとなるように前記第１の直流電圧を昇圧する、請求項２に記載の電源システム。
4. 前記所定の交流電圧は、商用交流電圧である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源システム。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電源システムを備える車両。
6. 前記電圧変換装置は、当該車両の停止時に駆動される、請求項５に記載の車両。
7. 前記電圧変換装置は、当該車両の走行時にさらに駆動され、前記商用電圧利用機器による電力消費量が当該車両の走行中に所定量を超えたとき、前記商用電圧利用機器へ出力する電力を制限する、請求項６に記載の車両。
8. 直流電源が発生する第１の直流電圧を昇圧した第２の直流電圧を用いて回転電機を駆動し、かつ、前記昇圧された第２の直流電圧を所定の交流電圧に変換して外部出力端子に接続される商用電圧利用機器へ出力可能な電源システムの制御方法であって、
   前記直流電源の残存容量を算出する第１のステップと、
   前記第１のステップにおいて算出された前記残存容量が所定量以上のとき、前記昇圧された第２の直流電圧を前記所定の交流電圧に変換して前記商用電圧利用機器へ出力する第２のステップと、
   前記第１のステップにおいて算出された前記残存容量が前記所定量よりも少ないとき、前記回転電機によって発電された電力を前記所定の交流電圧に変換して前記商用電圧利用機器へ出力する第３のステップとを備える電源システムの制御方法。
9. 当該電源システムが搭載される車両の停止状態を確認する第４のステップをさらに備え、
   前記第４のステップにおいて前記車両の停止状態が確認されているとき、前記第２または第３のステップにおいて前記所定の交流電圧を前記商用電圧利用機器へ出力する、請求項８に記載の電源システムの制御方法。
10. 前記商用電圧利用機器による消費電力量を算出する第５のステップと、
    前記第５のステップにおいて算出された前記消費電力量に基づいて前記第２の直流電圧の電圧レベルを制御する第６のステップとを備える、請求項８または請求項９に記載の電源システムの制御方法。
11. 前記第６のステップは、
    前記第５のステップにおいて算出された前記消費電力量が所定量よりも少ないとき、昇圧可能な最大電圧よりも低い電圧レベルに前記第２の直流電圧を制御する第１のサブステップと、
    前記第５のステップにおいて算出された前記消費電力量が前記所定量以上のとき、前記最大電圧の電圧レベルに前記第２の直流電圧を制御する第２のサブステップとを含む、請求項１０に記載の電源システムの制御方法。
12. 当該電源システムが搭載される車両の停止状態を確認する第７のステップと、
    前記第７のステップにおいて前記車両の停止状態が確認されているとき、前記第６のステップにおいて電圧レベルが制御された前記第２の直流電圧を前記所定の交流電圧に変換して前記商用電圧利用機器へ出力する第８のステップとをさらに備える、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。
13. 前記所定の交流電圧は、商用交流電圧である、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の電源システムの制御方法。

Images