(57)【要約】【課題】車両外部電源により補機バッテリを充電する場合の、補機バッテリの過充電を防止する。【解決手段】充電器１２により車両外部電源１０からメインバッテリ１４を充電する。充電器１２とは別にサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８を備え、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８により補機バッテリ２０を充電する。サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、補機バッテリ２０の端子電圧を所定の基準電圧と大小比較して間欠的に動作し、補機バッテリ２０の過充電を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部から充電可能なメインバッテリと、
車両外部の電源から前記メインバッテリに電力を供給することで前記メインバッテリを充電する充電器と、
補機負荷に電力を供給する補機バッテリと、
前記充電器とは別個に設けられ、前記車両外部の電源から前記補機バッテリに電力を供給することで前記補機バッテリを充電するコンバータと、
前記補機バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段と、
を備え、前記コンバータは、前記充電状態検出手段で検出された前記補機バッテリの充電状態に応じて充電量を適応的に変化させることを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記コンバータは、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて間欠的に動作して前記補機バッテリを間欠的に充電することを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記コンバータは、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて出力電圧を変化させて前記補機バッテリを充電することを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、
前記コンバータは、前記補機バッテリの端子電圧と所定の基準電圧値との大小比較結果に応じて間欠的に動作して前記補機バッテリを間欠的に充電することを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項５】
請求項３記載のシステムにおいて、
前記コンバータは、前記補機バッテリの端子電圧と所定の基準電圧値との大小比較結果に応じて出力電圧を変化させて前記補機バッテリを充電することを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記車両外部の電源と前記コンバータとの間に設けられたリレー手段と、
を備え、前記リレー手段は、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて開閉することで前記コンバータによる前記補機バッテリの充電量を変化させることを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項７】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記充電器は電圧変換用のトランスを備え、
前記トランスの２次側は第１及び第２のコイルから構成され、
前記第１のコイルは前記コンバータに接続され、前記第２のコイルは前記メインバッテリに接続されることを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記補機負荷は、前記充電器を制御する制御回路を含み、
前記補機バッテリは、前記制御回路に電力を供給することを特徴とする電動車両の充電システム。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステムにおいて、
前記メインバッテリの電圧を降圧して前記補機バッテリに電力を供給することで前記補機バッテリを充電するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
車両走行中は前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記補機バッテリを充電し、車両停止中は前記コンバータにより前記補機バッテリを充電することを特徴とする電動車両の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動車両の充電システムに関し、特に補機バッテリの過充電防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部充電可能なメインバッテリ（二次電池）を備えたプラグインハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両において、補機負荷を駆動する補機バッテリを充電する構成が知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、高電圧のメインバッテリ及び車両駆動用電動機を備えた高電圧作動部の高電圧を降下して、低電圧の補機バッテリ（補助バッテリ）及び低電圧負荷を備えた低電圧作動部へ供給するＤＣ／ＤＣコンバータが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両外部の交流電力を用いて充電器で充電可能なメインバッテリと、バッテリの電圧を降圧して出力するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により充電され、かつ補機負荷に電力を供給する補機バッテリと、制御装置とを備え、制御装置は車両運転時にＤＣ／ＤＣコンバータを連続運転させるとともに、車両外部からメインバッテリに充電が行われている間においてはＤＣ／ＤＣコンバータを間欠運転させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−３２５８０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２７７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、メインバッテリの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで降圧して補機バッテリを充電するのではなく、車両外部電源からの交流電力を用いて充電器でメインバッテリを充電するとともに、車両外部からの交流電力を充電器と別個に設けたＡＣ／ＤＣコンバータで整流及び降圧して補機バッテリを充電する構成も考えられる。しかしながら、このような構成においても、補機バッテリの過充電を簡易かつ効果的に防止する構成が必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、車両外部電源により補機バッテリを充電する場合の、補機バッテリの過充電を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、車両外部から充電可能なメインバッテリと、車両外部の電源から前記メインバッテリに電力を供給することで前記メインバッテリを充電する充電器と、補機負荷に電力を供給する補機バッテリと、前記充電器とは別個に設けられ、前記車両外部の電源から前記補機バッテリに電力を供給することで前記補機バッテリを充電するコンバータと、前記補機バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段とを備え、前記コンバータは、前記充電状態検出手段で検出された前記補機バッテリの充電状態に応じて充電量を適応的に変化させることを特徴とする。
【０００９】
本発明の１つの実施形態では、前記コンバータは、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて間欠的に動作して前記補機バッテリを間欠的に充電する。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態では、前記コンバータは、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて出力電圧を変化させて前記補機バッテリを充電する。
【００１１】
また、本発明の他の実施形態では、前記コンバータは、前記補機バッテリの端子電圧と所定の基準電圧値との大小比較結果に応じて間欠的に動作して前記補機バッテリを間欠的に充電する。
【００１２】
また、本発明の他の実施形態では、前記コンバータは、前記補機バッテリの端子電圧と所定の基準電圧値との大小比較結果に応じて出力電圧を変化させて前記補機バッテリを充電する。
【００１３】
また、本発明の他の実施形態では、前記車両外部の電源と前記コンバータとの間に設けられたリレー手段を備え、前記リレー手段は、前記補機バッテリの充電状態と所定の基準値との大小比較結果に応じて開閉することで前記コンバータによる前記補機バッテリの充電量を変化させる。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態では、前記充電器は電圧変換用のトランスを備え、前記トランスの２次側は第１及び第２のコイルから構成され、前記第１のコイルは前記コンバータに接続され、前記第２のコイルは前記メインバッテリに接続される。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態では、前記補機負荷は、前記充電器を制御する制御回路を含み、前記補機バッテリは、前記制御回路に電力を供給する。
【００１６】
また、本発明の他の実施形態では、前記メインバッテリの電圧を降圧して前記補機バッテリに電力を供給することで前記補機バッテリを充電するＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、車両走行中は前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記補機バッテリを充電し、車両停止中は前記コンバータにより前記補機バッテリを充電する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、車両外部電源により補機バッテリを充電する場合の、補機バッテリの過充電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態の基本回路構成図である。
【図２】実施形態のタイミングチャートである。
【図３】実施形態の他の回路構成図である。
【図４】実施形態のさらに他の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
１．基本構成
図１に、本実施形態における充電システムの基本回路構成を示す。充電システムは、外部電源１０に接続される充電器１２と、メインバッテリ１４と、充電器１２を制御する制御器１６と、外部電源１０に接続されるサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８と、補機バッテリ２０と、電圧センサ２２とを備える。
【００２１】
充電器１２は、コンセント等を介して外部電源１０と着脱自在に接続される。充電器１２は、リレー１３を介してメインバッテリ１４に接続される。一方、外部電源１０には、充電器１２とは別個にサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８が接続される。具体的には、外部電源１０と充電器１２との間の接続点ａにおいてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８が接続される。コンセントを介して外部電源１０と充電器１２とが接続される場合、接続点ａはコンセントよりも充電器１２側に位置する。サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８には補機バッテリ２０が接続され、補機バッテリ２０は制御回路１６に接続される。制御回路１６は、充電器１２に接続され、充電器１２の動作を制御する。補機バッテリ２０には、その端子電圧を検出する電圧センサ２２が接続され、電圧センサ２２は検出した電圧データをサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８に供給する構成である。
【００２２】
なお、メインバッテリ１４と車両の各部との接続関係は、従来のハイブリッド自動車や電気自動車と同様である。例えば、ハイブリッド自動車を例にとると、メインバッテリ１４は昇圧コンバータに接続され、昇圧コンバータは平滑キャパシタを介してインバータに接続される。インバータはさらにモータジェネレータに接続される。モータジェネレータ及び車両のエンジンは動力分配機構に接続される。動力分配機構はサンギア、プラネタリギア、リングギアの３つの回転軸を備え、これら３つの回転軸がそれぞれモータジェネレータとエンジンに接続される（２つの回転軸が２つのモータジェネレータに接続され、残りの１つの回転軸がエンジンに接続される）。
【００２３】
このような構成において、以下、その動作について説明する。
【００２４】
外部電源１０は、例えばＡＣ１００Ｖの商用電源である。
【００２５】
充電器１２は、外部電源１０の交流電圧を直流電圧に変換するとともに、電圧を調整してメインバッテリ１４に供給する。
【００２６】
メインバッテリ１４は、昇圧コンバータやインバータを介してモータジェネレータに電力を供給してモータジェネレータを駆動するとともに、回生制動時には回生された電気エネルギを蓄積する。メインバッテリは、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等である。
【００２７】
制御回路１６は、充電器１２の充電動作を制御する回路であり、具体的には充電器１２のコンバータ動作及び電圧調整動作を制御する。制御回路１６は、充電器１２以外にも他の補機、例えばヘッドライト、パワーウインドウ、電動ウォーターポンプ等を制御してもよい。制御回路１６の動作電力は、補機バッテリ２０から供給される。
【００２８】
サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、充電器１２とは別個に設けられ、充電器１２によるメインバッテリ１４の充電動作とは独立して補機バッテリ２０を充電する。すなわち、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、外部電源１０に接続されると、交流電圧を直流電圧に変換して補機バッテリ２０に供給し、補機バッテリ２０を充電する。但し、基本的にサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、メインバッテリ１４を充電中は常に外部電源１０に接続されて補機バッテリ２０を充電することになるので、補機バッテリ２０が過充電状態となるおそれがある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、補機バッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を推定ないし検出し、補機バッテリ２０のＳＯＣに応じてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の動作を制御する。すなわち、補機バッテリ２０が満充電状態に近いことが推定ないし検出された場合に、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、連続運転から間欠運転に移行して補機バッテリ２０の過充電を防止する。補機バッテリ２０のＳＯＣは公知の任意の方法で推定ないし検出することができるが、補機バッテリ２０の端子電圧はＳＯＣと一定の関係にあるため、補機バッテリ２０の端子電圧を電圧センサ２２で検出し、この電圧データに基づいてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の動作を制御する。
【００３０】
具体的には、サブＡＣ／ＤＣコンバータの制御部は、電圧センサ２２で検出された補機バッテリ２０の電圧データを所定の基準電圧と大小比較する。ここで、所定の基準電圧は、補機バッテリ２０が満充電状態に近い場合における端子電圧に等しいか、あるいはこれよりも若干低い電圧である。そして、補機バッテリ２０の電圧データが所定の基準電圧に達したと判定した場合に、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８はその動作を停止する。また、補機バッテリ２０の電圧データが所定の基準電圧より低い場合には、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は再びその動作を開始する。このようにして、補機バッテリ２０の端子電圧に応じて、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は間欠的に動作する。
【００３１】
図２に、補機バッテリ２０の端子電圧とサブＡＣ／ＤＣコンバータの運転状態との関係を示す。図２（ａ）は補機バッテリ２０の端子電圧の時間変化であり、図２（ｂ）はサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の運転状態の時間変化である。ある時刻においてコンセントを介して外部電源１０とサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８が接続され、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８が運転を開始するものとする。サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の運転に伴って補機バッテリ２０が充電されるから、補機バッテリ２０の端子電圧は徐々に増大する。補機バッテリ２０の端子電圧が基準電圧値に達すると、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８はその動作を停止する。そして、時刻ｔ１において再び補機バッテリ２０の端子電圧が基準電圧より小さくなると、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は動作を開始する。補機バッテリ２０の端子電圧が基準電圧より低い間は、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は動作し続けて補機バッテリ２０を充電し続ける。時刻ｔ２において補機バッテリ２０の端子電圧が基準電圧に達すると、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は再びその動作を停止する。時刻ｔ３において再び補機バッテリ２０の端子電圧が基準電圧より低くなると、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は動作を開始する。以上の処理を繰り返すことで、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は充電器１２が動作している間は常に運転状態にあるのではなく、充電器１２の動作とは別個に補機バッテリ２０の端子電圧に応じて間欠的に動作する。サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の動作が停止しても、制御回路１６は補機バッテリ２０からの電力で動作するので、充電器１２の動作を継続して制御することができる。
【００３２】
なお、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の制御部は、電圧センサ２２で検出された電圧データと基準電圧とを大小比較する際に、基準電圧として２つの基準電圧を用いてヒステリシス特性を持たせてもよい。すなわち、基準電圧として、第１基準電圧と第２基準電圧とし、第１基準電圧は上記の基準電圧と同様に補機バッテリ２０が満充電状態に近い場合における端子電圧に等しいか、あるいはこれよりも若干低い電圧である。また、第２基準電圧は第１基準電圧よりも所定値ΔＶだけ低いものとする。そして、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の制御部は、補機バッテリ２０の端子電圧が増大して第１基準電圧に達した場合に運転停止状態から運転状態に移行し、補機バッテリ２０の端子電圧が低下して（第１基準電圧ではなく）第２基準電圧に達した場合に運転状態から運転停止状態に移行する。
【００３３】
２．他の回路構成
図３に、本実施形態における他の回路構成を示す。充電システムは、外部電源１０に接続される充電器１２と、メインバッテリ１４と、充電器１２を制御する制御回路１６と、外部電源１０に接続されるサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８と、補機バッテリ２０と、電圧センサ２２と、リレー制御回路２４とを備える。また、充電器１２内のトランスは、２次側コイルが２個に分割された２チャンネル化されている。より詳しくは、トランスの２次側（出力側）は第１のコイル１２ａ及び第２のコイル１２ｂに分割される。
【００３４】
充電器１２は、コンセント等を介して外部電源１０と着脱自在に接続される。充電器１２は、リレー１３を介してメインバッテリ１４に接続される。充電器１２は、電圧変換用のトランスを備え、２次側コイルがコイル１２ａ、コイル１２ｂの２個に分割されて２チャンネルを構成する。一方のコイル１２ｂにはリレー１３を介してメインバッテリ１４が接続される。他方のコイル１２ａにはリレー２５を介してサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８が接続される。サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８には補機バッテリ２０が接続され、補機バッテリ２０は制御回路１６に接続される。制御回路１６は、充電器１２に接続され、充電器１２の動作を制御する。補機バッテリ２０には、その端子電圧を検出する電圧センサ２２が接続され、電圧センサ２２は検出した電圧データをリレー制御回路２４に供給する構成である。
【００３５】
このような構成において、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、交流電圧を直流電圧に変換して補機バッテリ２０に供給し、補機バッテリ２０を充電する。
【００３６】
一方、リレー制御回路２４は、補機バッテリ２０のＳＯＣに応じてリレー２５を開閉制御する。具体的には、リレー制御回路２４は、電圧センサ２２で検出された補機バッテリ２０の電圧データを所定の基準電圧と大小比較する。そして、補機バッテリ２０の電圧データが基準電圧に達すると、リレー２５をオフ制御して外部電源１０とサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８とを遮断する。また、補機バッテリ２０の電圧データが基準電圧より低い場合には、リレー２５をオン制御して外部電源１０とサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８とを接続する。従って、補機バッテリ２０は、その端子電圧に応じて間欠的に充電されることになり、過充電状態が防止される。
【００３７】
図３の構成においても、リレー制御回路２４は、電圧センサ２２で検出された電圧データと基準電圧とを大小比較する際に、基準電圧として２つの基準電圧を用いてヒステリシス特性を持たせてもよい。すなわち、基準電圧として、第１基準電圧と第２基準電圧とし、第１基準電圧は上記の基準電圧と同様に補機バッテリ２０が満充電状態に近い場合における端子電圧に等しいか、あるいはこれよりも若干低い電圧である。また、第２基準電圧は第１基準電圧よりも所定値ΔＶだけ低いものとする。そして、リレー制御回路２４は、補機バッテリ２０の端子電圧が増大して第１基準電圧に達した場合にリレー２５をオフ状態からオン状態に移行し、補機バッテリ２０の端子電圧が低下して（第１基準電圧ではなく）第２基準電圧に達した場合にリレー２５をオン状態からオフ状態に移行する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態では、メインバッテリ１２を充電する充電器１２とは別個に、補機バッテリ２０を充電するサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８を設け、このサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８からの電力により充電器１２の充電動作を制御する制御回路１６の動作用電力を供給するとともに補機バッテリ２０を充電する構成において、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８による補機バッテリ２０の充電動作を補機バッテリ２０のＳＯＣに応じて間欠的に制御することで、補機バッテリ２０の過充電状態を簡易にかつ効率的に防止することができる。
【００３９】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００４０】
例えば、本実施形態では、補機バッテリ２０のＳＯＣを推定する方法として補機バッテリ２０の端子電圧を用いているが、無負荷電圧（ＯＣＶ）や分極電圧を用いて補機バッテリ２０のＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣに基づいて補機バッテリ２０の充電が間欠的となるように制御してもよい。例えば、図１の構成において、電圧センサ２２に加えて電流センサを設け、電圧データと電流データに基づいてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の制御部が補機バッテリ２０のＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと所定の基準ＳＯＣとを大小比較し、大小比較結果に応じてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の運転開始及び停止を決定する。また、図３の構成では、電圧センサ２２に加えて電流センサを設け、電圧データと電流データに基づいてリレー制御回路２４が補機バッテリ２０のＳＯＣを推定し、推定したＳＯＣと所定の基準ＳＯＣとを大小比較し、大小比較結果に応じてリレー２５のオンオフを制御する。
【００４１】
また、本実施形態では、外部電源１０とサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８とを接続して補機バッテリ２０を充電するため、本来的に車両停止時において補機バッテリ２０を充電することになるが、従来技術と同様にメインバッテリ１４の電圧を降圧して補機バッテリ２０に供給するＤＣ／ＤＣコンバータを設けることで、車両走行中における補機バッテリ２０の充電も可能である。車両走行中はＤＣ／ＤＣコンバータで補機バッテリ２０を充電するため、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８はその運転が停止されるが、車両走行中においてもサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８を運転し、補機バッテリ２０の直流電圧を交流電圧に変換してコンセントから出力させることも可能である。
【００４２】
また、本実施形態では、補機バッテリ２０のＳＯＣに応じてサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８による補機バッテリ２０の充電を間欠的に制御しているが、間欠制御ではなく、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を制御して補機バッテリ２０の過充電を防止してもよい。すなわち、補機バッテリ２０のＳＯＣが増大し、満充電状態に近い基準値に達すると、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧を低下させる。
【００４３】
また、サブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧制御と、間欠制御とを組み合わせることもできる。すなわち、補機バッテリ２０のＳＯＣを第１基準値及び第２基準値（但し、第１基準値＞第２基準値）と大小比較し、補機バッテリ２０のＳＯＣが第２基準値に達した場合に出力電圧（つまり充電電圧）を低下させるように制御し、その後、補機バッテリ２０のＳＯＣが第１基準値に達した場合にサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８の運転を停止する等である。要するに、本実施形態のサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８は、補機バッテリ２０のＳＯＣに応じて、補機バッテリ２０の充電量を適応的に変化させればよく、補機バッテリ２０のＳＯＣが増大するほど、充電量を低下させるように制御する。
【００４４】
また、図３の構成において、充電器１２のトランスを２チャンネルとするのではなく、図１と同様に外部電源１０と充電器１２との間の接続点ａにおいてサブＡＣ／ＤＣ１８をリレー２５を介して外部電源１０と接続してもよい。図４に、この場合の回路構成を示す。
【００４５】
さらに、図１の構成において、図３と同様に充電器１２のトランスを２チャンネルとし、充電器１２の２次側トランスにサブＡＣ／ＤＣコンバータ１８を接続することもできる。この構成は、図３においてリレー制御回路２４及びリレー２５を除去した構成と等価である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  外部電源、１２  充電器、１４  メインバッテリ、１６  制御回路、１８  サブＡＣ／ＤＣコンバータ、２０  補機バッテリ、２２  電圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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