JP5673504B2 - 車両の充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された蓄電装置を外部電源により充電する充電装置に関する。

ハイブリッド自動車（ハイブリッド車両）は内燃機関と電動機とを駆動源として備えている。電気自動車は電動機を駆動源として備えている。これらの自動車は蓄電装置（例えば、ニッケル水素電池及びリチウムイオン電池等の二次電池等）を搭載し、この蓄電装置から電動機に電力を供給するようになっている。この蓄電装置は、車両走行中の回生エネルギー等により充電され、或いは、ハイブリッド自動車の場合には内燃機関の動力に基づいて発電される電力によっても充電される。

一方、車両の停止中において車両外部の電源である商用電源から供給される電力により車両に搭載された蓄電装置を充電する充電装置の開発が進んでいる。以下、このような充電装置を搭載した車両をプラグイン車両とも称呼する。

係るプラグイン車両に関する従来技術の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、「商用電源から供給される電力（例えば、交流電力）」を「蓄電装置を充電するための電力（例えば、直流電力）」へと変換する充電器を備える。更に、従来装置は、充電器の出力電力の目標値を示す電力指令値を生成して充電器に送出する。充電器は、充電器から出力される電力を監視し、充電器から出力される電力が電力指令値に一致するように電力変換を行う。更に、従来技術は、蓄電装置に実際に供給される充電電力（以下、「実充電電力」と称呼する。）を取得し、実充電電力が電力指令値と一致するように蓄電装置の状態に基づいて電力指令値を変更する（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−１３０７５６号公報

一般に、発電所及び変電所等から送電される高圧の電力は、柱上変圧器又は地上設置型変圧器等により１００Ｖ、１２０Ｖ及び２００Ｖ等の低圧の規格電圧を有する電力に変圧され、次いで、遮断器（所謂、ブレーカ）を介して一般の家屋及びビルディング等の電気負荷へと供給される。即ち、規格電圧を有する電力を供給する商用電源は一般に遮断器を介して電気負荷に接続される。よって、プラグイン車両の蓄電装置を充電する場合においても、車両に接続される電力ケーブルは遮断器を経由して商用電源に接続される。係る遮断器には、漏電ブレーカ、安全ブレーカ及びサービスブレーカ（アンペアブレーカ）等が含まれる。特に、サービスブレーカは消費電力（負荷合計）が契約電力を超えると遮断されることが多い。即ち、消費電力が契約電力に対して過大となると、所謂「ブレーカ落ち」が発生する。

そこで、充電器への電力指令値は、ブレーカ落ちが発生しない範囲において充電効率が良好になる値に設定されることが好ましい。しかしながら、充電器には個体差が存在するため、充電器が「電力指令値に一致するように調整した出力電力」を蓄電装置に供給している場合であっても、例えば、充電器自身が備える電流センサ及び／又は電圧センサの測定誤差が大きい場合等において実際には過大な電力が蓄電装置の充電のために使用され、その結果、ブレーカ落ちが発生する場合が生じる。

本発明は上記課題に対処するためになされたものであって、その目的は、車両の蓄電装置を商用電源を用いて充電する際に「ブレーカ落ち」が極力生じないように充電電力を制御することができる車両の充電装置を提供することにある。

本発明の車両の充電装置は、車両外部の商用電源から電力ケーブルを介して同車両に供給される外部電力により同車両に搭載された蓄電装置を充電する装置であり、許容上限電力取得手段と、充電器と、指令値決定手段と、を備える。

前記許容上限電力取得手段は、前記電力ケーブルの定格電流値と前記商用電源の規格電圧に相関する電圧値とに基づいて許容上限電力を算出する。この許容上限電力は、後述するように、ブレーカ落ちが発生すると推定される電力（以下、「ブレーカ落ち推定電力」と称呼する。）よりも小さい値に設定される。

前記充電器は、前記車両に供給される外部電力を電力指令値に応じた直流電力へと変換して前記蓄電装置に供給することにより同蓄電装置を充電する。
前記指令値決定手段は、前記充電器から前記蓄電装置に供給されている実際の電力である実充電電力を取得するとともに、その取得した実充電電力が前記許容上限電力を超えた場合に前記電力指令値を減少させる。

これによれば、実際に蓄電装置に供給されている電力（即ち、実充電電力）が許容上限電力を超えたときに電力指令値が減少させられるので、充電器の個体差によって過大な電力が蓄電装置の充電のために消費されることを回避することができる。その結果、「ブレーカ落ち」が発生する頻度を低減することができる。

この場合、前記許容上限電力取得手段は、
前記電力ケーブルが前記車両に接続された後であって前記充電器による前記蓄電装置の充電が開始される前に、前記電力ケーブルの定格電流値を取得するとともに前記充電器の入力部に印加されている前記商用電源の電圧値を取得し、「前記取得された電力ケーブルの定格電流値」と「前記取得された商用電源の電圧値から推定される前記商用電源の規格電圧」との積、に基づいて前記許容上限電力を算出するように構成される。

例えば、前記許容上限電力は、上記「積（即ち、定格電力）」に正の所定値αを加えた値として求めることができる。この許容上限電力は、電力ケーブルに許容電流値の電流が流れされていると仮定した場合において、推定される商用電源の規格電圧を考慮するとき、ブレーカ落ち推定電力よりも正のマージンβ分だけ小さい値に設定される。換言すると、ブレーカ落ち推定電力は定格電力に応じて変化するので、上記構成によれば、許容上限電力を簡単且つ比較的精度良く設定することができる。

更に、前記指令値決定手段は、
「前記取得された電力ケーブルの定格電流値と前記推定された商用電源の規格電圧との前記積」に基づいて前記電力指令値の基本指令値を決定し、前記取得した実充電電力が前記許容上限電力を超えている場合には前記電力指令値を減少し且つ前記取得した実充電電力が前記許容上限電力を下回っている場合には前記基本指令値を超えない範囲内において前記電力指令値を増大するように構成されることが好適である。

これによれば、ブレーカ落ちが発生する可能性が高い場合には直ちに電力指令値が減少されるので、ブレーカ落ちを回避することができる。更に、実際の充電電力が前記許容上限電力を下回っている場合、電力指令値は増大させられるが、「電力ケーブルの定格電流値と商用電源の規格電圧との積」に基づいて定められる基本指令値を超えることはない。従って、充電電力が再び過大となってブレーカ落ちが発生する可能性が高まる事態を未然に回避することができる。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

本発明の実施形態に係る車両の充電装置の概略構成図である。 図１に示したＰＬＧＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示したＰＬＧＥＣＵのＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した充電装置の作動を説明するためのタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る車両の充電装置について図面を参照しながら説明する。この車両は、所謂、内燃機関と一つ以上の発電電動機とを車両駆動源として搭載したハイブリッド車両である。但し、本発明の充電装置が適用される車両は、車両外部の商用電源から電力ケーブルを介して供給される外部電力により充電され得る蓄電装置を搭載していればよく、例えば、電気自動車であってもよい。

（構成）
図１に示したように、本発明の実施形態に係る車両の充電装置１０は、ハイブリッド車両に搭載された蓄電装置１１を「商用電源ＣＰから供給される外部電力」により充電する装置である。充電装置１０は、充電器２０、充電用リレー３０、システムメインリレー４０、プラグインハイブリッドＥＣＵ（以下、「ＰＬＧＥＣＵ」と表記する。）５０及び電池監視ユニット６０等を含んでいる。

蓄電装置１１は、充電及び放電が可能（充放電可能）な電力貯蔵要素である。蓄電装置１１は、本例において、ニッケル水素電池である。蓄電装置１１は、リチウムイオン電池及び鉛蓄電池等のニッケル水素電池以外の二次電池であってもよく、他の充放電可能な蓄電素子であってもよい。

蓄電装置１１は、システムメインリレー４０、コンバータ１２及び第１インバータ１３を介して図示しない第１発電電動機に接続され、第１発電電動機に電力を供給可能であり且つ第１発電電動機から電力の供給を受けて充電可能である。更に、蓄電装置１１は、システムメインリレー４０及びコンバータ１２及び第２インバータ１４を介して図示しない第２発電電動機に接続され、第２発電電動機に電力を供給可能であり且つ第２発電電動機から電力の供給を受けて充電可能である。

なお、このハイブリッド車両は、何れも図示しない「内燃機関、動力分配機構及び動力伝達機構」等を備え、内燃機関、第１及び第２発電電動機によってもたらされる駆動力を車両の駆動輪に伝達することができる。更に、このハイブリッド車両は、内燃機関、第１及び第２発電電動機を用いて発生させられる電力により蓄電装置１１を充電することができる。これらの構成及び制御方法は周知である（例えば、特開２００９−１２６４５０号公報（米国公開特許番号 ＵＳ２０１０／０２４１２９７）、及び、特開平９−３０８０１２号公報（米国出願日１９９７年３月１０日の米国特許第６，１３１，６８０号）等を参照。）。

充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂは、車両に備えられたインレット（接続部）ＩＮの所定の端子と接続されている。後述するように、この所定の端子には、商用電源ＣＰに接続された電力ケーブル７０の電力線７１ａ，７１ｂが接続される。なお、インレットＩＮ及び後述する電力ケーブル７０のコネクタＣＮの形状及び端子配列などの構成は、例えば、
（１）「エスエーイー・エレクトリック・ビークル・コンダクティブ・チャージ・カプラ（SAE
Electric Vehicle Conductive Charge Coupler）」、（アメリカ合衆国）、エスエーイー規格（SAE Standards）、エスエーイー インターナショナル（SAE
International）、２００１年１１月、アメリカ合衆国規格ＳＡＥＪ１７２２、
（２）「電気自動車用コンダクティブ充電システム一般要求事項」、日本電動車両協会規格（日本電動車両規格）、２００１年３月２９日
（３）国際規格ＩＥＣ６１８５１
等において定められた規格に準拠している。

充電器２０の出力部２０ｃ，２０ｄは充電用リレー３０の各入力端子に接続されている。充電用リレー３０の各出力端子はシステムメインリレー４０の各入力端子に接続されている。システムメインリレー４０の各出力端子は蓄電装置１１の陽極及び陰極にそれぞれ接続されている。これにより、充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂに供給される商用電源からの交流電力は充電器２０により直流の充電電力へと変換されて出力部２０ｃ，２０ｄから出力される。充電器２０から出力された電力は、充電用リレー３０及びシステムメインリレー４０を介して蓄電装置１１に供給され、その結果、蓄電装置１１が充電される。

充電器２０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２１、平滑コンデンサ２２、ＤＣ／ＡＣ変換部２３、絶縁トランス２４、整流部２５及び充電制御回路２６を備えている。更に、充電器２０は、電圧センサ（電圧計）５１〜５５、及び、電流センサ（電流計）５６〜５８を備えている。

ＡＣ／ＤＣ変換部２１は単相ブリッジ回路を含む。ＡＣ／ＤＣ変換部２１は、充電制御回路２６からの駆動信号に基づいて入力部２０ａ，２０ｂに供給される交流電力を直流電力に変換して正極線ＰＬ１及び負極線ＮＬ１へ出力するようになっている。

平滑コンデンサ２２は正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間に接続されている。平滑コンデンサ２２は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１とに供給された電力の変動成分を低減するようになっている。

ＤＣ／ＡＣ変換部２３は単相ブリッジ回路を含む。ＤＣ／ＡＣ変換部２３は、充電制御回路２６からの駆動信号に基づいて正極線ＰＬ１及び負極線ＮＬ１から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス２４に出力するようになっている。

絶縁トランス２４は、磁性材を含むコアと、コアに巻回された一次コイル及び二次コイルを含む。一次コイル及び二次コイルは互いに電気的に絶縁されている。一次コイルはＤＣ／ＡＣ変換部２３に接続されている。二次コイルは整流部２５に接続されている。絶縁トランス２４は、ＤＣ／ＡＣ変換部２３から供給される高周波の交流電力を電圧変換し、その電圧変換後の交流電力を整流部２５へ出力するようになっている。

整流部２５は、コンデンサ及びダイオードを含んでいて、絶縁トランス２４から出力された交流電力を直流電力へと整流し、整流後の直流電力を「正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２」に出力するようになっている。正極線ＰＬ２及び負極線ＮＬ２は、充電器２０の出力部２０ｃ，２０ｄにそれぞれ接続されている。

電圧センサ５１は、充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂに供給される電力の電圧を検出し、ＰＬＧＥＣＵ５０にその検出電圧ＶＡＣを送出するようになっている。
電圧センサ５２は、充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂに供給される電力の電圧を検出し、充電制御回路２６にその検出電圧を送出するようになっている。
電圧センサ５３は、正極線ＰＬ１と負極線ＮＬ１との間の電圧を検出し、充電制御回路２６にその検出電圧を送出するようになっている。
電圧センサ５４は、整流部２５内の正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧を検出し、充電制御回路２６にその検出電圧を送出するようになっている。
電圧センサ５５は、整流部２５外の正極線ＰＬ２と負極線ＮＬ２との間の電圧を検出し、ＰＬＧＥＣＵ５０にその検出電圧ＶＣＨＧを送出するようになっている。検出電圧ＶＣＨＧは蓄電装置１１に供給される電力の電圧（充電電圧）と実質的に等しい。検出電圧ＶＣＨＧは充電器２０の出力電圧と言うこともできる。

電流センサ５６は商用電源ＣＰから充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂに供給される電力の電流を検出し、充電制御回路２６にその検出電流を送出するようになっている。
電流センサ５７は、整流部２５内の正極線ＰＬ２に流れる電流を検出し、充電制御回路２６にその検出電流を送出するようになっている。
電流センサ５８は、整流部２５外の正極線ＰＬ２に流れる電流を検出し、ＰＬＧＥＣＵ５０にその検出電流ＩＣＨＧを送出するようになっている。検出電流ＩＣＨＧは蓄電装置１１に供給される電力の電流（充電電流）と実質的に等しい。検出電流ＩＣＨＧは充電器２０の出力電流と言うこともできる。

充電制御回路２６はＣＰＵを含むマイクロコンピュータを主体とする電子制御回路である。充電制御回路２６は、電流センサ５７により検出される電流と電圧センサ５４により検出される電圧とに基づいて算出される充電器２０の出力電力が「後述するＰＬＧＥＣＵ５０から供給される電力指令値ＣＨＰＷ」と一致するように、電圧センサ５２，５３及び５４並びに電流センサ５６，５７の各検出値に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換部２１及びＤＣ／ＡＣ変換部２３を駆動するための駆動信号を生成する。そして、充電制御回路２６は、その駆動信号をＡＣ／ＤＣ変換部２１及びＤＣ／ＡＣ変換部２３に送出するようになっている。即ち、充電器２０は、それ自身により、充電器２０の出力電力が目標値である電力指令値ＣＨＰＷと一致するようにフィードバック制御を実行するようになっている。

充電用リレー３０は、充電器２０の出力部２０ｃ，２０ｄとシステムメインリレー４０との間に介装されている。充電用リレー３０は常時は開放している。充電用リレー３０は、蓄電装置１１を商用電源ＣＰから供給される電力により充電するとき、ＰＬＧＥＣＵ５０からの駆動信号により短絡（オン）されるようになっている。

システムメインリレー４０は、充電用リレー３０と蓄電装置１１との間に介装されている。システムメインリレー４０は常時は開放している。システムメインリレー４０は、蓄電装置１１を商用電源ＣＰから供給される電力により充電するとき、及び、コンバータ１２との間で電力の入出力を行うとき、ＰＬＧＥＣＵ５０からの駆動信号により短絡（オン）されるようになっている。

ＰＬＧＥＣＵ５０は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータを主体とする電子制御回路である。ＰＬＧＥＣＵ５０は、コントロールパイロット信号ＣＰＬＴをインレットＩＮを介して受信するようになっている。コントロールパイロット信号ＣＰＬＴは、上述した規格にも定められていて、コネクタＣＮがインレットＩＮに接続された状態においてデューティ信号へと変化し、そのデューティ信号のデューティ比により電力ケーブル７０の定格電流値（許容電流値）を表すようになっている。そこで、ＰＬＧＥＣＵ５０は、コントロールパイロット信号ＣＰＬＴに基づいて電力ケーブル７０の定格電力値を取得するようになっている。

ＰＬＧＥＣＵ５０は、後に詳述するように、商用電源ＣＰによる蓄電装置１１の充電を行う場合にハイレベルに設定され同充電を停止する場合にローレベルに設定される充電要求出力ＣＨＲＱを充電制御回路２６に送出するようになっている。同時に、ＰＬＧＥＣＵ５０は、電力ケーブル７０の定格電流値、検出電圧ＶＡＣ、バッテリ電圧ＶＢ及びバッテリ電流ＩＢ等に基づいて電力指令値ＣＨＰＷを算出し、その電力指令値ＣＨＰＷを充電制御回路２６へ送出するようになっている。更に、ＰＬＧＥＣＵ５０は、電力ケーブル７０の定格電力値に応じた電流上限値ＩＬＭＴを充電制御回路２６に送出するようになっている。

電池監視ユニット６０は、ＣＰＵを含むマイクロコンピュータを主体とする電子制御回路である。電池監視ユニット６０は、電流センサ６１及び電圧センサ６２と接続されている。電流センサ６１は、蓄電装置１１に流入する電流（及び、蓄電装置１１から流出する電流）を検出し、その検出電流ＩＢを電池監視ユニット６０に送出するようになっている。電圧センサ６２は、蓄電装置１１の陽極と負極との間の電圧（即ち、電池電圧）を検出し、その検出電圧ＶＢを電池監視ユニット６０に送出するようになっている。

電力ケーブル７０は、第１電力線７１ａ、第２電力線７１ｂ及びＣＣＩＤ（充電回路遮断装置）７２等を含んでいる。

第１電力線７１ａ及び第２電力線７１ｂは、遮断器（サービスブレーカ、アンペアブレーカ）ＢＫ等を介して商用電源ＣＰに接続されるとともに、コネクタＣＮがインレットＩＮに接続されたとき、充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂにそれぞれ電気的に接続される電気ケーブルである。

ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）７２は、ＣＣＩＤリレー７３及びＣＣＩＤ制御部７４を含んでいる。
ＣＣＩＤリレー７３は、第１電力線７１ａ及び第２電力線７１ｂに介装されている。ＣＣＩＤリレー７３は常時は開放されていて、ＣＣＩＤ制御部７４からの制御信号に基づいて短絡（オン）するようになっている。
ＣＣＩＤ制御部７４は、図示しない漏電遮断機を含むとともに、図示しない発振回路を含むコントロールパイロット回路を含んでいる。コントロールパイロット回路は、前述したコントロールパイロット信号（ＣＰＬＴ）としてのデューティ信号を発生するとともに、ＣＣＩＤリレーに制御信号を送出するようになっている。

ブレーカＢＫは、本例において、所謂「サービスブレーカ」である。サービスブレーカは、電力会社とユーザとの契約に基づいて所定の電力が消費されるときに開放される（即ち、「ブレーカ落ち」が発生する）ようになっている。なお、ブレーカＢＫの他、商用電源ＣＰと電力ケーブル７０との間には、図示しない漏電ブレーカ及び安全ブレーカが介装される。

商用電源ＣＰは、１００Ｖ、１２０Ｖ及び２００Ｖ等の規格電圧の電力を供給する電力源である。規格電圧の電力は、変電所等から送電される高圧の電力が柱上変圧器又は地上設置型変圧器等により電圧変換された電力である。

次に、上記のように構成された充電装置１０の作動について説明する。
ＰＬＧＥＣＵ５０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と言う。）は、図２にフローチャートにより示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。

ＣＰＵはステップ２００から処理を開始し、ステップ２０５に進んで「現時点は商用電源ＣＰによる蓄電装置１１の充電を開始する前」であるか否かを判定する。電力ケーブル７０のコネクタＣＮが車両のインレットＩＮに接続されていないと、ＣＰＵはステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２１０に進み、コネクタＣＮがインレットＩＮに接続されたか否かを監視する。

なお、実際にはコネクタＣＮがインレットＩＮに接続されると、コントロールパイロット信号の電圧が図示しない車両側の抵抗回路によって電圧Ｖ１から電圧Ｖ２へと低下する。ＣＣＩＤ制御部７４は、この電圧Ｖ２への電圧低下を検知するとコントロールパイロット信号を「電力ケーブル７０の定格電流に応じて予め定められているデューティ比を有するデューティ信号」へと変更する。

このコントロールパイロット信号がデューティ信号へと変化したことにより、ＣＰＵはコネクタが接続されたことを認識してステップ２１５に進み、そのコントロールパイロット信号のデューティ比に基づいて電力ケーブル７０の定格電流値Ｉlimitを取得する。次に、ＣＰＵはステップ２２０にて図示しないスイッチング素子を動作させることによりコントロールパイロット信号の電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ３へと低下させる。ＣＣＩＤ制御部７４は、この電圧Ｖ３への電圧低下を検知するとＣＣＩＤリレー７３を短絡（オン）する（ステップ２２５）。

この時点では、蓄電装置１１の充電は開始されていないが、入力部２０ａ，２０ｂには商用電源ＣＰの電圧が印加される。ＣＰＵは、ステップ２３０にて、電圧センサ５１から検出電圧ＶＡＣを所定時間の経過毎に取得するとともに、取得された複数の検出電圧ＶＡＣに基づいて商用電源ＣＰの規格電圧Ｖkikakuを推定する。規格電圧Ｖkikakuは、１００Ｖ、１２０Ｖ、２００Ｖ等の離散的な電圧であって各国毎に定められているので、ＣＰＵは、例えば、検出電圧ＶＡＣのピーク値、検出電圧ＶＡＣの平均値及び検出電圧ＶＡＣの実効値等から商用電源ＣＰの規格電圧Ｖkikakuを容易に推定することができる。

次に、ＣＰＵはステップ２３５に進み、ステップ２１５にて取得した定格電流値Ｉlimitとステップ２３０にて取得した規格電圧Ｖkikakuとの積（limit・Ｖkikaku）を定格電力Ｐteiとして取得する。次いで、ＣＰＵはステップ２４０にて充電用リレー３０をオン（短絡）するとともに、ステップ２４５にてシステムメインリレー４０をオン（短絡）する。

次に、ＣＰＵはステップ２５０に進み、ステップ２３５にて取得した定格電力Ｐteiに基づいて電力指令値ＣＨＰＷの基本指令値（初期値）ＣＨＰＷ０を算出し、この基本指令値ＣＨＰＷ０を「ハイレベルに設定した充電要求出力ＣＨＲＱ」とともに充電制御回路２６に出力する。基本指令値ＣＨＰＷ０は、蓄電装置１１に供給される電力が定格電力Ｐteiに実質的に等しくなるような値（本例においては、定格電力Ｐteiと等しい値）に設定される。この結果、商用電源ＣＰから供給される電力を用いた蓄電装置１１の充電が開始される。その後、ＣＰＵはステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

所定時間が経過してＣＰＵがステップ２００から処理を再開すると、現時点は充電が開始されているので、ＣＰＵはステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２５５に進み、電力指令値ＣＨＰＷを図３にフローチャートにより示したルーチンを実行することにより算出する。

即ち、ＣＰＵはステップ２５５に進むと図３のステップ３００から処理を開始してステップ３１０に進み、許容上限電力（ブレーカ落ちを防止するための電力の上限ガード値）Ｐgrdを「定格電力Ｐteiに正の所定値αを加えた値（Ｐtei＋α）」に設定する。所定値αは予め実験等により定められる値であり、蓄電装置１１に供給される実際の充電電力（実充電電力）が値（Ｐtei＋α）に到達した時点にて直ちに電力指令値を減少することによって実充電電力を減少させれば、ブレーカ落ちが発生しないような値に設定されている。換言すると、実充電電力が値（Ｐtei＋α）に更に正の所定値βを加えた電力（Ｐtei＋α＋β）、即ち、ブレーカ落ち推定電力に到達するとブレーカ落ちが発生する可能性が高まる。なお、上述したように、定格電力Ｐteiは、定格電流値Ｉlimit規格電圧Ｖkikakuとの積（Ｉlimit・Ｖkikaku）である。

次いで、ＣＰＵはステップ３２０に進み、「バッテリ電流ＩＢとバッテリ電圧ＶＢとの積（ＩＢ・ＶＢ）」を実充電電力Ｐactとして算出する。なお、ＣＰＵは、「検出電流ＩＣＨＧと検出電圧ＶＣＨＧとの積（ＩＣＨＧ・ＶＣＨＧ）」を実充電電力Ｐactとして算出してもよい。

次に、ＣＰＵはステップ３３０に進み、許容上限電力Ｐgrdから実充電電力Ｐactを減じることにより偏差ｄＰ（ｎ）を算出する（ｄＰ（ｎ）＝Ｐgrd−Ｐact）。従って、実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdを上回っていれば、偏差ｄＰ（ｎ）は負の値となる。なお、（ｎ）は図３に示したルーチンを実行した時点にて得られた最新の値（今回の値）であることを意味する。従って、（ｎ−１）が付された変数は図３に示したルーチンを前回（所定時間前に）実行した時点にて得られた値である。

次に、ＣＰＵはステップ３４０に進み、その時点における偏差積分値ＳＰ（ｎ−１）（即ち、図３に示したルーチンを前回実行した時点にて得られた偏差積分値）にステップ３３０にて取得された今回の偏差ｄＰ（ｎ）を加えることにより、今回の偏差積分値ＳＰ（ｎ）を算出する。

そして、ＣＰＵはステップ３５０に進み、下記（１）式に従ってフィードバック量ＦＢを算出する。この（１）式においてＫｐは予め定められた比例定数であり、Ｋｉは予め定められた積分定数である。即ち、ＣＰＵは、許容上限電力Ｐgrdを目標値として設定した比例積分（ＰＩ）制御によってフィードバック量ＦＢを算出する。

ＦＢ＝Ｋｐ・ｄＰ（ｎ）＋Ｋｉ・ＳＰ（ｎ） …（１）

次に、ＣＰＵはステップ３６０に進み、フィードバック量ＦＢが「０」以上であるか否かを判定する。後述するように、「基本指令値ＣＨＰＷ０とフィードバック量ＦＢとの和（＝ＣＨＰＷ０＋ＦＢ）」が最終的に充電制御回路２６に送出される電力指令値ＣＨＰＷとして求められる。よって、ＣＰＵはステップ３６０にて、フィードバック量ＦＢが基本指令値ＣＨＰＷ０よりも大きい値の電力指令値ＣＨＰＷを算出するような値になっているか否かを判定する。

このとき、フィードバック量ＦＢが「０」以上であると、ＣＰＵはステップ３６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３７０に進んでフィードバック量ＦＢを「０」に設定し、その後、ステップ３８０に進む。これに対し、フィードバック量ＦＢが「０」よりも小さいと（即ち、負の値であると）、ＣＰＵはステップ３６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３８０に直接進む。

ＣＰＵはステップ３８０に進むと、下記（２）式に従って、基本指令値ＣＨＰＷ０にフィードバック量ＦＢを加えることにより、電力指令値ＣＨＰＷを算出する。

ＣＨＰＷ＝ＣＨＰＷ０＋ＦＢ …（２）

その後、ＣＰＵはステップ３９５を経由して図２のステップ２６０に進み、上述のようにして算出された電力指令値ＣＨＰＷを充電制御回路２６に送出することにより、蓄電装置１１の充電を続行する。次いで、ＣＰＵはステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。以降、係る処理が継続される。なお、本例においては、バッテリ電圧ＶＢが所定値Ｖf（蓄電装置１１が満充電状態にあるときに発生するバッテリ電圧相当値）に到達すると、商用電源ＣＰから供給される電力による蓄電装置１１の充電が終了させられる。具体的には、ＣＰＵは、ローレベルに設定した充電要求出力ＣＨＲＱを充電制御回路２６に送出して充電器２０の動作を停止するとともに、充電用リレー３０及びシステムメインリレー４０を開放する。

図４は、上述したように実行される蓄電装置１１の充電時における各値の変化の様子を示したタイムチャートである。図４において、線Ｃ１は電力指令値ＣＨＰＷを示し、線Ｃ２は実充電電力Ｐactを示している。更に、線Ｃ３は理想的な充電が行われる際の実充電電力Ｐactを示している。

この例において、時刻ｔ１にて電力指令値ＣＨＰＷが「０」から基本指令値ＣＨＰＷ０にまで増大され、蓄電装置１１の充電が開始する。これにより、充電電力は次第に増大する。理想的な充電が行われる場合、実充電電力Ｐactは線Ｃ３に示したように増大し、電力指令値ＣＨＰＷ（即ち、基本指令値ＣＨＰＷ０）に滑らかに収束する。この場合、電力指令値ＣＨＰＷは基本指令値ＣＨＰＷ０に維持される。

これに対し、例えば、充電器２０の電流センサ５７及び／又は電圧センサ５５が個体差によって実際の値よりも小さい値を検出するような場合、充電制御回路２６の認識する実充電電力Ｐactは電力指令値ＣＨＰＷにより示される目標値（目標電力）よりも小さいので、充電器２０（充電制御回路２６）は自身のフィードバック制御によって実充電電力（充電器２０の出力電力）を増大させる。

この場合、線Ｃ２に示したように、真の実充電電力Ｐactは電力指令値ＣＨＰＷ（即ち、基本指令値ＣＨＰＷ０）により示される目標電力を大きく超え、時刻ｔ１にて上述した許容上限電力Ｐgrdに到達し、その後、許容上限電力Ｐgrdを上回る。この場合、図３のルーチンにより求められるフィードバック量ＦＢは負の値となるので、電力指令値ＣＨＰＷは時刻ｔ１以降において基本指令値ＣＨＰＷ０から減少させられる。この結果、真の実充電電力Ｐactはブレーカ落ち推定電力Ｐbkに到達する前に減少し始め、時刻ｔ２以降において許容上限電力Ｐgrdを下回る。従って、フィードバック量ＦＢは次第に増加するので、電力指令値ＣＨＰＷも増大する。

更に、この例においては、時刻ｔ３〜ｔ４において真の実充電電力Ｐactは許容上限電力Ｐgrdに略一致しているので、フィードバック量ＦＢは増減せず、よって、電力指令値ＣＨＰＷも略一定となる。更に、この例において、時刻ｔ４以降において真の実充電電力Ｐactが再び減少している。この場合、フィードバック量ＦＢは次第に増加するので、電力指令値ＣＨＰＷも増大し、時刻ｔ５にて基本指令値ＣＨＰＷ０に到達する。

しかしながら、フィードバック量ＦＢは「０」以下の値に制限されるので、時刻ｔ５以降において真の実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdよりも小さい状態が継続した場合であっても、電力指令値ＣＨＰＷは基本指令値ＣＨＰＷ０に維持される。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係る車両の充電装置１０は、
電力ケーブル７０の定格電流値Ｉlimitと商用電源ＣＰの規格電圧Ｖkikakuに相関する電圧値（検出電圧ＶＡＣ）とに基づいて許容上限電力Ｐgrdを算出する許容上限電力取得手段（図２のステップ２１５、ステップ２３０及びステップ２３５、図３のステップ３１０並びに電圧センサ５１等）と、
車両に供給される外部電力（商用電源ＣＰから供給される電力）を電力指令値ＣＨＰＷに応じた直流電力へと変換して蓄電装置１１に供給することにより蓄電装置１１を充電する充電器２０と、
前記充電器２０から前記蓄電装置１１に供給されている実際の電力である実充電電力Ｐactを取得するとともに（図３のステップ３２０）、その取得した実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdを超えた場合に電力指令値ＣＨＰＷを減少させる指令値決定手段（図３のステップ３３０乃至ステップ３８０を参照。)と、
を含む。

加えて、前記許容上限電力取得手段は、
電力ケーブル７０が車両に接続された後であって充電器２０による蓄電装置１１の充電が開始される前に、電力ケーブルの定格電流値Ｉlimitを取得するとともに（図２のステップ２１５）充電器２０の入力部２０ａ，２０ｂに印加されている商用電源ＣＰの電圧値ＶＡＣを取得し（図２のステップ２３０）、「取得された電力ケーブルの定格電流値Ｉlimit」と「取得された商用電源ＣＰの電圧値ＶＡＣから推定される商用電源ＣＰの規格電圧Ｖkikaku」との積に基づいて許容上限電力Ｐgrdを算出するように構成されている（図２のステップ２３５及び図３のステップ３１０）。

更に、前記指令値決定手段は、
電力ケーブル７０の定格電流値Ｉlimitと商用電源ＣＰの規格電圧Ｖkikakuとの積に基づいて電力指令値の基本指令値ＣＨＰＷ０を決定し（図２のステップ２５０）、実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdを超えている場合には電力指令値ＣＨＰＷを減少し且つ実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdを下回っている場合には基本指令値ＣＨＰＷ０を超えない範囲内において電力指令値ＣＨＰＷを増大するように構成されている（図３のステップ３３０乃至ステップ３８０を参照。)。

従って、実際の充電電力Ｐactがブレーカ落ち推定電力Ｐbkに到達することを未然に回避することができるので、ブレーカ落ちが発生する頻度を低減することができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、バッテリ電圧ＶＢが所定値Ｖｆ（蓄電装置１１が満充電状態にあるときに発生するバッテリ電圧相当値）に到達した時点にて蓄電装置１１の充電を終了していたが、その時点以降において、所謂「押し込み充電」を実施することもできる。即ち、バッテリ電圧ＶＢが所定値Ｖｆに到達した場合であっても、そのときのバッテリ電圧ＶＢは閉回路における電圧（蓄電装置１１が閉回路内に組み込まれている場合の電圧）であるので、充電を停止してシステムメインリレー４０等を開放するとバッテリ電圧ＶＢは蓄電装置１１の内部抵抗分だけ低下する。即ち、蓄電装置１１は僅かにではあるが充電される余地を残している。

そこで、蓄電装置１１の充電中にバッテリ電圧ＶＢが所定値Ｖｆに到達した後、電力指令値ＣＨＰＷを基本指令値ＣＨＰＷ０よりも低下させて蓄電装置１１を徐々に充電し、その後、バッテリ電圧ＶＢが「所定値Ｖｆに正の所定値γを加えた値（バッテリの内部抵抗に応じた値）」に到達した時点にて蓄電装置１１の充電を終了してもよい。なお、この「押し込み充電」の実行中においても、実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdに到達した場合には、電力指令値ＣＨＰＷを直ちに減少させることが好ましい。

更に、上記実施形態において、フィードバック量ＦＢはＰＩ制御により算出されていたが、これに限定されることはない。例えば、フィードバック量ＦＢは、実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdよりも大きい場合に所定時間に一定量ずつ減少され、実充電電力Ｐactが許容上限電力Ｐgrdよりも小さい場合に所定時間に一定量ずつ増大される値であってもよい。但し、この場合においても、フィードバック量ＦＢは「０」以下に制限される。即ち、フィードバック量ＦＢは、基本指令値ＣＨＰＷ０以下の範囲内にて基本指令値ＣＨＰＷ０を増減補正することにより、最終的な電力指令値ＣＨＰＷを算出する値として求められる。

加えて、上記実施形態においては、図３のステップ３６０及びステップ３７０においてフィードバック量ＦＢを「０」以下に制限していたが、これに代え、ステップ３５０にて求められたフィードバック量ＦＢをそのまま基本指令値ＣＨＰＷ０に加えて仮指令値ＣＨＰＷＺを求め、その仮指令値ＣＨＰＷＺが基本指令値ＣＨＰＷ０以下となるように制限を加えることにより、最終的な電力指令値ＣＨＰＷを算出してもよい。

１０…充電装置、１１…蓄電装置、２０…充電器、２０ａ，２０ｂ…入力部、２０ｃ，２０ｄ…出力部、２６…充電制御回路、３０…充電用リレー、４０…システムメインリレー、５１〜５５…電圧センサ、５６〜５８…電流センサ、６０…電池監視ユニット、６１…バッテリ電流センサ、６２…バッテリ電圧センサ、７０…電力ケーブル。

Claims (3)

1. 車両外部の商用電源から電力ケーブルを介して同車両に供給される外部電力により同車両に搭載された蓄電装置を充電する車両の充電装置であって、
   前記電力ケーブルの定格電流値と前記商用電源の規格電圧に相関する電圧値とに基づいて許容上限電力を算出する許容上限電力取得手段と、
   前記車両に供給される外部電力を電力指令値に応じた直流電力へと変換して前記蓄電装置に供給することにより同蓄電装置を充電する充電器と、
   前記充電器から前記蓄電装置に供給されている実際の電力である実充電電力を取得するとともに同取得した実充電電力が前記許容上限電力を超えた場合に前記電力指令値を減少させる指令値決定手段と、
   を備える車両の充電装置。
2. 請求項１に記載の車両の充電装置において、
   前記許容上限電力取得手段は、
   前記電力ケーブルが前記車両に接続された後であって前記充電器による前記蓄電装置の充電が開始される前に、前記電力ケーブルの定格電流値を取得するとともに前記充電器の入力部に印加されている前記商用電源の電圧値を取得し、前記取得された電力ケーブルの定格電流値と前記取得された商用電源の電圧値から推定される前記商用電源の規格電圧との積に基づいて前記許容上限電力を算出するように構成された充電装置。
3. 請求項２に記載の車両の充電装置において、
   前記指令値決定手段は、
   前記取得された電力ケーブルの定格電流値と前記推定された商用電源の規格電圧との前記積に基づいて前記電力指令値の基本指令値を決定し、前記取得した実充電電力が前記許容上限電力を超えている場合には前記電力指令値を減少し且つ前記取得した実充電電力が前記許容上限電力を下回っている場合には前記基本指令値を超えない範囲内において前記電力指令値を増大するように構成された充電装置。

Images