JP7632355B2 - 充電制御装置および車両 - Google Patents

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Description

本開示は、充電制御装置および車両に関する。
特開2009-194986号公報(特許文献1)は、蓄電装置と、制御装置と、昇圧コンバータとを搭載する車両を開示する。蓄電装置は、充電可能に構成される。制御装置は、昇圧コンバータを制御する。昇圧コンバータは、その入力電圧を昇圧して、昇圧後の電圧を出力する。
特開2009-194986号公報
車両は、車両外部の電力設備から受電部を通じて供給された電力を用いて車両の蓄電装置を充電する外部充電を実行可能に構成されることがある。このような車両の制御装置は、外部充電を制御するように構成される。受電部と蓄電装置との間に昇圧装置が設けられる場合、昇圧装置は、受電部により受電された電力の電圧を昇圧するとともに昇圧後の電圧(昇圧電圧)を蓄電装置に出力することによって蓄電装置を充電するように構成される。その一方で、そのような昇圧装置は、作動するときに発熱により過熱する可能性がある。
本開示は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力設備からの電力の電圧を昇圧することによって蓄電装置を充電する昇圧装置を搭載する車両の外部充電を制御する充電制御装置において、昇圧装置を過熱から保護することである。
本開示の他の目的は、電力設備からの電力の電圧を昇圧することによって蓄電装置を充電する昇圧装置を搭載する車両において、昇圧装置を過熱から保護することである。
本開示の充電制御装置は、車両の外部の電力設備からの電力を用いて車両の蓄電装置を充電する外部充電を制御する。車両は、受電部と、昇圧装置とを含む。受電部は、電力設備から受電するように構成される。昇圧装置は、受電部と蓄電装置との間に設けられる。昇圧装置は、電力設備から受電部を通じて昇圧装置に入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧することによって、昇圧後の電圧である昇圧電圧を蓄電装置に出力する。昇圧装置は、昇圧電圧の電力である出力電力を蓄電装置に供給することによって蓄電装置を充電するように構成される。充電制御装置は、記憶部と、処理部とを備える。処理部は、前記昇圧装置の駆動制御を実行するように構成される。処理部は、入力電圧と昇圧電圧との比率である昇圧比を前記昇圧装置の温度に応じて設定するように構成される。
上記の構成とすることにより、昇圧装置の温度が昇圧比に反映される。よって、昇圧装置の温度が過度に上昇しないように昇圧比を設定することができる。その結果、昇圧装置を過熱から保護することができる。
処理部は、昇圧装置の温度が高い場合に、昇圧装置の温度が低い場合よりも昇圧装置における電力損失が低減されるように昇圧比を設定する損失低減処理を実行してもよい。
上記の構成によれば、昇圧装置の温度が高い場合に、昇圧装置の温度が低い場合よりも昇圧装置における電力損失に起因する発熱量が減少する。これにより、昇圧装置の温度がさらに上昇することを抑制することができる。
損失低減処理は、昇圧装置の温度がしきい温度以上である場合に、昇圧装置の温度がしきい温度未満である場合よりも電力損失が低減されるように昇圧比を設定することであってもよい。
上記の構成によれば、昇圧装置の温度がしきい温度になるまで、電力損失の低減とは無関係に昇圧比を設定することができる。これにより、電力損失を低減するために昇圧比を制限することなく、昇圧比を設定することができる。
処理部は、電力設備から受電部に供給される電流の指令値を電力設備に送信するように構成されてもよい。そして、処理部は、損失低減処理を実行した後に昇圧装置の温度がしきい温度以上である場合に、指令値を引き下げてもよい。
上記の構成によれば、損失低減処理の後に昇圧装置の温度がしきい温度未満に低下しない場合に、電力設備から受電部を通じて昇圧装置に入力される電流が減少する。これにより、昇圧装置に入力される電力が減少する。その結果、昇圧装置における電力損失に起因する発熱量をさらに低減することができる。したがって、昇圧装置の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
損失低減処理は、昇圧装置の温度が上昇するほど電力損失が低減されるように昇圧比を設定することであってもよい。
上記の構成によれば、昇圧装置の温度が上昇するほど電力損失が低減される。これにより、昇圧装置の温度が上昇するほど昇圧装置における発熱が抑制される。その結果、昇圧装置の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
処理部は、昇圧装置の温度が低い場合に、昇圧装置の温度が高い場合よりも出力電力が増大するように昇圧比を設定する出力増大処理を実行してもよい。
昇圧装置の出力電力が増大するほど、蓄電装置に供給される電力が増大する。上記の構成によれば、昇圧装置の温度が低い場合に、昇圧装置の温度が高い場合よりも、蓄電装置に供給される電力が増大する。これにより、外部充電中の蓄電装置の充電速度を向上させることができる。
出力増大処理は、昇圧装置が蓄電装置に出力可能な電力の範囲内で出力電力を最大化することであってもよい。
上記の構成によれば、蓄電装置に供給される電力が可能な限り増大する。これにより、外部充電中の蓄電装置の充電速度を可能な限り向上させることができる。
昇圧装置の温度が低い場合の昇圧比を、昇圧装置の温度が高くかつ損失低減処理が実行される場合の昇圧比に等しくするためのユーザ操作が行われた場合に、処理部は、出力増大処理を実行することなくユーザ操作の結果に従って昇圧比を設定してもよい。
上記の構成によれば、昇圧装置の温度が低い場合であっても、出力増大処理が実行されることなく、損失低減処理が実行される場合と同様に昇圧比が設定される。これにより、昇圧装置の温度が低い場合であっても電力損失を低減することができる。さらに、ユーザの意思が昇圧装置における電力損失量に反映される。その結果、ユーザの利便性を向上させることができる。
昇圧装置は、蓄電装置の正極に接続される第1素子を含んでもよい。処理部は、昇圧装置の温度としての第1素子の温度が第1基準温度を超過すると昇圧比を引き上げてもよい。
昇圧比が引き上げられるほど、第1素子に流れる電流が減少する。上記の構成とすることにより、第1素子の温度が第1基準温度を超過すると、第1素子に流れる電流が減少する。これにより、第1素子における電力損失に起因する発熱量が減少する。その結果、昇圧装置の第1素子を過熱から保護することができる。
昇圧装置は、蓄電装置の負極に接続される第2素子を含んでもよい。処理部は、昇圧装置の温度としての第2素子の温度が第2基準温度を超過すると昇圧比を引き下げてもよい。
昇圧比が引き下げられるほど、第2素子に流れる電流が減少する。上記の構成とすることにより、第2素子の温度が第2基準温度を超過すると、第2素子に流れる電流が減少する。これにより、第2素子における電力損失に起因する発熱量が減少する。その結果、昇圧装置の第2素子を過熱から保護することができる。
他の局面に従うと、上記の充電制御装置を備える車両が提供される。
本開示によれば、電力設備からの電力の電圧を昇圧することによって蓄電装置を充電する昇圧装置を過熱から保護することができる。
実施の形態1における充電システムを概略的に示す図である。 車両の構成を詳細に示す図である。 昇圧コンバータの構成を詳細に示す図である。 実施の形態1に従うECUによる昇圧比の設定方法の一例を説明するための図である。 ECUによる昇圧比の設定方法の他の例を説明するための図である。 ECUの記憶装置に格納されるマップの一例を示す図である。 実施の形態1に従うECUにより実行される処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態1の変形例1に従うECUにより実行される処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態1の変形例2に従うECUにより実行される処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態1の変形例3に従うECUにより実行される処理の一例を示すフローチャートである。
以下、本開示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。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を繰返さない。
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1における充電システム5を概略的に示す図である。図1を参照して、充電システム5は、車両100と、電力スタンド80とを備える。車両100は、車両100の外部に設けられる電力スタンド80を用いてバッテリ10(後述)を充電する外部充電を実行可能に構成される。
実施の形態1では、車両100は、電気自動車(BEV:Battery Electric Vehicle)である。車両100は、例えば、内燃機関(図示せず)をさらに搭載するハイブリッド自動車(HV:Hybrid Vehicle)または燃料電池車(FCV:Fuel Cell Vehicle)などの電動車両であってもよい。
車両100は、バッテリ10と、インレット31とを備える。バッテリ10は、リチウムイオン電池またはニッケル水素電池などの二次電池である。バッテリ10は、電気二重層キャパシタなどの蓄電装置により代替されてもよい。バッテリ10は、走行用の電力を蓄えるための高圧バッテリである(例えば800V)。
インレット31は、電力スタンド80から受電するように構成される。インレット31は、電力スタンド80のコネクタ81と接続するように構成される。
電力スタンド80は、例えば400Vの電圧を有する直流電力を車両100に供給することによって車両100の急速充電を実行することができる電力設備(充電設備)である。
電力スタンド80は、電力ケーブル82と、コネクタ81と、電源85と、HMI装置89と、メモリ88と、制御装置87とを備える。
電力ケーブル82は、電力線および信号線を含む(いずれも図示せず)。コネクタ81がインレット31に接続されると、電力スタンド80が上記の電力線および信号線を通じて車両100に接続される。これにより、電力スタンド80と車両100との間で、例えば、CAN(Controller Area Network)通信、PLC(Power Line Communication)通信、またはこれらの通信の両方を確立することができる。
電源85は、電力ケーブル82およびコネクタ81を通じて車両100へ電力を供給するように構成される。これにより、電力スタンド80からの電力がインレット31を通じてバッテリ10に供給される(車両100の外部充電が実行される)。
HMI装置89は、電力スタンド80の作動の態様を指示するユーザ操作の入力を受ける。ユーザ操作は、例えば、電力スタンド80から車両100への給電の開始または停止を指示するために行われる。ユーザ操作は、電力スタンド80から車両100のインレットに31に出力される電圧または電流を設定するために行われてもよい。
メモリ88は、制御装置87により用いられるプログラムおよびデータを格納する。メモリ88は、電力スタンド80が車両100のインレット31に出力可能な電圧および電流の範囲を示す情報をさらに格納している。
制御装置87は、メモリ88に格納されたプログラムを実行することによって、電力スタンド80から車両100への給電を制御する。
図2は、車両100の構成を詳細に示す図である。図2を参照して、車両100は、バッテリ10およびインレット31に加えて、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)1と、モータジェネレータ(MG:Motor Generator)2と、動力伝達ギヤ3と、駆動輪4とを備える。車両100は、昇圧コンバータ20と、監視ユニット11と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)40と、充電リレー30と、HMI装置90と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)70とをさらに備える。
PCU1は、MG2とバッテリ10との間で双方向に電力を変換する電力変換装置である。
MG2は、PCU1により駆動される回転電機の一例として示されており、たとえば埋込構造永久磁石同期電動機である。MG2の出力トルクは、動力伝達ギヤ3を介して駆動輪4に伝達される。これにより、車両100が走行する。
昇圧コンバータ20は、インレット31とバッテリ10との間に設けられる。この例では、昇圧コンバータ20は、非絶縁型のDC-DCコンバータである。昇圧コンバータ20は、電力スタンド80からインレット31および正極線PLaおよび負極線PNaを通じて電力の入力を受ける。昇圧コンバータ20は、入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧する。昇圧コンバータ20は、昇圧後の電圧の電力である昇圧電圧を正極線PLおよび負極線PNに出力する。昇圧コンバータ20は、昇圧電圧の電力である出力電力をバッテリ10に供給することによってバッテリ10を充電するように構成される。昇圧コンバータ20に入力可能な入力電圧(「入力可能電圧」とも表す)の範囲は、昇圧コンバータ20の仕様に従って予め定められている。昇圧コンバータ20の構成については、後ほど詳しく説明する。
監視ユニット11は、電圧センサと、電流センサと、温度センサとを含む(いずれも図示せず)。電圧センサは、バッテリ10の端子間の電圧である電圧VBを検出する。電流センサは、バッテリ10の入出力電流である電流IBを検出する。温度センサは、バッテリ10の温度TBを検出する。監視ユニット11の各センサは、その検出結果をECU70に出力する。
SMR40は、正極線PLおよび負極線PNに電気的に接続されている。正極線PLは、昇圧コンバータ20およびPCU1をバッテリ10の正極に接続するように構成される。負極線PNは、昇圧コンバータ20およびPCU1をバッテリ10の負極に接続するように構成される。SMR40が閉成(ON)されている(すなわち、導通状態である)場合、バッテリ10は、昇圧電圧の電力を用いて充電され得る。一方、SMR40が開放(OFF)されている(すなわち、遮断状態である)場合、バッテリ10と昇圧コンバータ20との間の電気的な接続が遮断されるため、バッテリ10が充電されない。
充電リレー30は、インレット31と昇圧コンバータ20との間に設けられ、正極線PLaおよび負極線PNaに電気的に接続されている。充電リレー30は、電力スタンド80と昇圧コンバータ20との間の電気的な接続を切り換えるように構成される。充電リレー30が開状態(OFF)である場合、電力スタンド80と昇圧コンバータ20との間の電気的な接続が遮断される。他方、充電リレー30が閉状態(ON)である場合、昇圧コンバータ20が電力スタンド80に電気的に接続される。これにより、電力スタンド80からの電力が昇圧コンバータ20に入力され得る。
HMI装置90は、ユーザから各種操作の入力を受けることができるタッチスクリーンである。HMI装置90は、例えば、外部充電中の昇圧コンバータ20の動作モード(後述)の設定の入力を受けることができる。
ECU70は、記憶装置74と、処理装置72とを含む。記憶装置74は、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を含む。ROMは、処理装置72により用いられるプログラムおよびデータを格納する。RAMは、ワーキングメモリとして機能する。記憶装置74は、例えば、昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲を示す情報を格納している。記憶装置74に格納されるデータの例については、後ほど詳しく説明する。
処理装置72は、記憶装置74に格納されたプログラムを実行することによって各種処理を実行する。処理装置72は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサを含む。処理装置72は、例えば、昇圧コンバータ20の駆動制御を実行する。
ECU70は、監視ユニット11から受ける信号、各種センサからの信号(図示せず)、および記憶装置74に格納されたプログラムに基づいて、PCU1、MG2、昇圧コンバータ20、充電リレー30、SMR40、およびHMI装置90などの車両100の各機器を制御する。
ECU70は、例えば、監視ユニット11からの、電圧VB、電流IBおよび温度TBの検出値に従ってバッテリ10のSOCを算出する。ECU70は、電力ケーブル82を通じて(例えば、CAN通信により)電力スタンド80と通信するように構成されている。
ECU70は、車両100の外部充電を制御するための外部充電制御を実行するように構成される。電力スタンド80のHMI装置89を用いて車両100の外部充電の開始が指示されると、その指示を示す信号が電力スタンド80から電力ケーブル82を通じて車両100に送信される。ECU70は、この信号の受信に応答して、電力スタンド80に車両100への給電の開始要求を出力するとともに充電リレー30およびSMR40を閉状態に制御する。これにより、車両100の外部充電が開始される。その後、バッテリ10のSOCが所定のしきいSOCまで上昇すると、ECU70は、電力スタンド80に給電の停止要求を出力することによって車両100の外部充電を停止する。しきいSOCは、例えば、バッテリ10が満充電されているときのSOCである。ECU70は、電力スタンド80からインレット31に供給される電流の指令値CVを、例えばCAN通信を通じて電力スタンド80に送信するようにも構成される。
図3は、昇圧コンバータ20の構成を詳細に示す図である。図3を参照して、昇圧コンバータ20は、昇圧チョッパ回路であって、コンデンサC1と、入力電圧センサ24とを含む。昇圧コンバータ20は、リアクトルL1と、リアクトル電流センサ210と、上アーム回路C1と、下アーム回路C2と、温度センサ26とをさらに含む。昇圧コンバータ20は、コンデンサC0と、昇圧電圧センサ22とをさらに含む。
コンデンサC1は、正極線PLaと負極線NLaとの間に接続されている。コンデンサC1は、正極線PLaと負極線NLaとの間の電圧変動の交流成分を平滑化する。
入力電圧センサ24は、コンデンサC1の両端の電圧(昇圧コンバータ20の入力電圧VL)を検出し、その検出値をECU70に出力する。
リアクトルL1は、正極線PLaに接続されるとともに、スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2の中間点(接続ノード)と電気的に接続されている。
リアクトル電流センサ210は、リアクトルL1を流れる電流(「リアクトル電流IL」とも表す)を検出し、その検出値をECU70に出力する。
上アーム回路C1は、正極線PLを通じてバッテリ10の正極に接続される。上アーム回路C1は、スイッチング素子Q1と、ダイオードD1と、温度センサ261とを含む。
下アーム回路C2は、負極線NLを通じてバッテリ10の負極に接続される。下アーム回路C2は、スイッチング素子Q2と、ダイオードD2と、温度センサ262とを含む。
スイッチング素子Q1,Q2は、正極線PLと負極線PNとの間に直列に接続されている。スイッチング素子Q1,Q2は、それぞれ、ECU70から出力される信号S1,S2に従って基本的には各スイッチング周期内で相補的かつ交互にスイッチング動作(オン/オフ動作)するように構成される。スイッチング素子Q1,Q2は、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ、またはバイポーラトランジスタである。ダイオードD1,D2は、スイッチング素子Q1,Q2にそれぞれ逆並列に接続されている。
温度センサ261は、上アーム回路C1(この例では、ダイオードD1)の温度TC1を検出する。温度センサ262は、下アーム回路C2(この例では、スイッチング素子Q2)の温度TC2を検出する。温度センサ261,262の検出値は、ECU70に出力される。
温度センサ26は、昇圧コンバータ20の温度TCを検出し、その検出値をECU70に出力する。温度センサ26は、リアクトルL1の温度を検出するように配置されてもよいし、スイッチング素子Q1,Q2の温度を検出するように配置されてもよい。
コンデンサC0は、正極線PLと負極線NLとの間に接続されている。コンデンサC0は、正極線PLと負極線NLとの間の電圧を平滑化する。コンデンサC0の両端の電圧は、昇圧コンバータ20の昇圧電圧VHに相当する。昇圧電圧センサ22は、昇圧電圧VHを検出し、その検出値をECU70に出力する。
昇圧コンバータ20の昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間中にリアクトルL1に蓄積される電磁エネルギを、スイッチング素子Q1およびダイオードD1を介して正極線PLへ供給することによって行われる。昇圧動作における昇圧比(電力変換比)は、入力電圧VLと昇圧電圧VHとの比率(VH/VL)により表される。昇圧比は、スイッチング周期に対するスイッチング素子Q1,Q2のオン期間の比率(デューティ比)により決定される。スイッチング素子Q1,Q2のデューティ比は、信号S1,S2を用いてECU70により設定される。
バッテリ10の高出力を達成するために、従来よりもバッテリ10の電圧を高めることが要望されることがある。この場合、車両100の外部充電中の昇圧電圧VHをより高くすることが要望される。昇圧コンバータ20は、作動するときに(例えば昇圧電圧VHが高くなるほど)過熱する可能性がある。
実施の形態1に従うECU70は、上記の問題に対処するための構成を備える。ECU70(より詳細には、処理装置72)は、入力電圧VLと昇圧電圧VHとの比率である昇圧比を昇圧コンバータ20の温度に応じて設定するように構成される。
上記の構成とすることにより、昇圧コンバータ20の温度が昇圧比に反映される。よって、昇圧装置の温度が過度に上昇しないように昇圧比を設定することができる。その結果、昇圧装置を過熱から保護することができる。
この例では、ECU70は、昇圧コンバータ20の温度TCが高い場合に、温度TCが低い場合よりも昇圧コンバータ20における電力損失が低減されるように上記の昇圧比を設定する損失低減処理を実行するように構成される。ECU70は、例えば、電力スタンド80からインレット31に出力される電圧と、バッテリ10の電圧VBとに従って昇圧比を設定する。
このような構成によれば、温度TCが高い場合に、温度TCが低い場合よりも昇圧コンバータ20における電力損失に起因する発熱量が減少する。これにより、温度TCがさらに上昇することを抑制することができる。その結果、昇圧コンバータ20を過熱から保護することができる。以下、ECU70による制御を詳しく説明する。
図4は、実施の形態1に従うECU70による昇圧比の設定方法の一例を説明するための図である。図4を参照して、昇圧コンバータ20の昇圧比BRは、0よりも大きく、かつ、昇圧比BR1以下の範囲内で設定される(0<BR≦BR1)。昇圧比BR1は、昇圧コンバータ20の仕様に従って予め定められた最大の昇圧比である。昇圧比BRが昇圧比BR1である場合、スイッチング素子Q1,Q2のデューティ比DUは、デューティ比DU1である。
線400は、昇圧コンバータ20における電力損失LS(単位時間あたりの発熱量)と、昇圧比BRとの関係の一例を示す。線400は、昇圧比BRが昇圧比BR2(<BR1)である場合に電力損失LSが最少化されることを示す。昇圧比BRが昇圧比BR2である場合のデューティ比DUは、デューティ比DU2である。
線450は、昇圧電圧VHと、昇圧コンバータ20の昇圧比BRとの関係の一例を示す。線450は、昇圧比BRが上昇するほど昇圧電圧VHが上昇することを示す。昇圧電圧VHが高いほど、昇圧コンバータ20からバッテリ10に供給される電力(昇圧コンバータ20からバッテリ10への出力電力OP)が増加する。そのため、バッテリ10の充電速度が向上する。
ECU70は、温度TCが低い場合に、温度TCが高い場合よりも出力電力OPが増大するように昇圧比BRを設定する出力増大処理を実行する。これにより、外部充電中のバッテリ10の充電速度を向上させることができる。
この例では、ECU70は、温度TCがしきい温度THT未満である場合に、昇圧コンバータ20がバッテリ10に出力可能な電力の範囲内で出力電力OPを最大化する(具体的には、昇圧比BRを最大値である昇圧比BR1に設定する)。これにより、バッテリ10に供給される電力が可能な限り増大する。その結果、外部充電中のバッテリ10の充電速度を可能な限り向上させることができる。しきい温度THTは、昇圧コンバータ20を過熱から保護するための温度として実験により適宜予め定められ、ECU70の記憶装置74に格納されている。
温度TCがしきい温度THT以上である場合、ECU70は、温度TCがしきい温度THT未満である場合よりも電力損失LSが低減されるように昇圧比BRを設定する(例えば、昇圧比BR1から昇圧比BR2に昇圧比BRを変更する)。ECU70は、このように昇圧比BRを設定すると、温度TCがしきい温度THTになるまでの期間中、電力損失LSの低減とは無関係に昇圧比BRを設定することができる。ECU70は、この期間中、例えば、電力損失LSを低減するために昇圧比BRを(一例として昇圧比BR2に)制限することなく、昇圧比BRを(一例として昇圧比BR1に)設定することができる。そして、温度TCがしきい温度THTに到達すると、ECU70は、電力損失LSが低減されるように昇圧比BRを(例えば昇圧比BR2に)設定する。
図5は、ECU70による昇圧比の設定方法の他の例を説明するための図である。図5を参照して、線500は、温度TCがしきい温度THT未満である場合に昇圧比BRが昇圧比BR1に設定される一方で、温度TCがしきい温度THT以上である場合に昇圧比BRが昇圧比BR2に設定される例を示す。この例は、図4を用いて説明された例と同じである。
線550は、温度TCが上昇するほど電力損失LSが低減されるようにECU70が昇圧比BRを設定する例を示す。この例では、ECU70は、温度TCが上昇するほど昇圧比BRを昇圧比BR1から昇圧比BR2まで徐々に引き下げる(図4の白矢印の方向)。これにより、温度TCが上昇するほど昇圧コンバータ20における電力損失に起因する発熱が抑制される。その結果、温度TCの上昇を線500の場合よりも効果的に抑制することができる。
以下に説明するように、昇圧比BRは、昇圧コンバータ20の温度TCに加えて、入力電圧VLおよびバッテリ10の電圧VBに従って決定されてもよい。
図6は、ECU70の記憶装置74に格納されるマップの一例を示す図である。図6を参照して、マップ600は、記憶装置74に格納される。マップ600は、昇圧コンバータ20の温度TCと、入力電圧VLと、バッテリ10の電圧VBとに従って昇圧比BRを決定するための4次元マップである。
具体的には、温度TCについて、所定幅ごとに区分された温度領域(T1,T2,・・・で示す)が設定されている。入力電圧VLについて、所定幅ごとに区分された電圧領域(VL1,VL2,・・・で示す)が設定されている。バッテリ10の電圧VBについて、所定幅ごとに区分された電圧領域(VB1,VB2,・・・で示す)が設定されている。
昇圧比BRは、区分された温度領域および電圧領域の組合せ毎に定められている。この例では、温度領域Tjと、電圧領域VLmと、電圧領域VBnとの組合せに対応する昇圧比BRとして昇圧比BR(m,n,j)が示されている。昇圧比BR(m,n,j)は、昇圧電圧VH(=VL×BR(m,n,j))がバッテリ10の電圧VB以上であり、かつ、温度TCが過度に(例えば、しきい温度THT以上に)上昇しない範囲内で最大になるように実験により適宜予め定められる。昇圧比BRは、上記の温度領域および電圧領域の組合せに代えて、温度TC、入力電圧VLおよび電圧VBの値の組合せに毎に定められていてもよい。
図7は、実施の形態1に従うECU70(より詳細には、処理装置72)により実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電力スタンド80のコネクタ81がインレット31に接続された状態で、電力スタンド80から車両100への給電の開始が電力スタンド80のHMI装置89を用いて指示されると開始される。
図7を参照して、ECU70は、電力スタンド80からインレット31に出力可能な電圧の範囲を取得する(ステップS105)。ECU70は、例えば、上記の範囲を示す情報が電力スタンド80から車両100に伝達されるように、CAN通信またはPLC通信を通じて電力スタンド80に要求を出力することによって上記の範囲を取得する。
次いで、ECU70は、電力スタンド80の上記の電圧範囲が昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲に適合しているか否かを判定する(ステップS115)。具体的には、電力スタンド80の電圧範囲の少なくとも一部が昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲に含まれているか否かを判定する。
電力スタンド80の電圧範囲が昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲に適合していない場合(ステップS115においてNO)、ECU70は、昇圧電圧VHがバッテリ10の電圧VB以上になるように入力電圧VLを昇圧することができない(外部充電制御を実行することができない)。この場合、ECU70は、外部充電制御を中止し(ステップS120)、処理をリターンに進める。
他方、電力スタンド80の電圧範囲が昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲に適合している場合(ステップS115においてYES)、ECU70は、電力スタンド80からインレット31に出力される電圧を昇圧コンバータ20の入力可能電圧の範囲内にさせるために電力スタンド80に要求を出力しつつ、昇圧電圧VHがバッテリ10の電圧VB以上になるように入力電圧VLを昇圧することができる。この場合、ECU70は、充電リレー30およびSMR40を閉状態に制御することによって外部充電制御を実行し(ステップS121)、ステップS125に処理を進める。
次いで、ECU70は、温度TCがしきい温度THT以上であるか否かを判定する(ステップS125)。温度TCがしきい温度THT以上である場合(ステップS125においてYES)、ECU70は、前述の損失低減処理を実行する(ステップS130)。ECU70は、例えば、昇圧比BRを昇圧比BR1よりも低い昇圧比BR2(図4)に設定する。
他方、温度TCがしきい温度THT未満である場合(ステップS125においてNO)、ECU70は、前述の出力増大処理を実行する(ステップS140)。ECU70は、例えば、出力電力OPが最大になるように昇圧比BRを昇圧比BR1に設定する。ECU70は、ステップS130またはS140において、マップ600(図6)を用いて昇圧比BRを設定してもよい。
ステップS130またはS140の処理の後、処理はリターンに進む。その後、バッテリ10のSOCがしきいSOCに上昇するまで、図7の一連の処理が所定の時間間隔ごとに繰り返される。
[実施の形態1の変形例1]
ECU70は、出力電力OPが最大となる複数の昇圧比BRの候補が存在する場合に、複数の候補のうち電力損失LSが最小となる候補を昇圧比BRに設定してもよい。
図8は、この変形例1に従うECU70により実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電力スタンド80のコネクタ81がインレット31に接続された状態で、電力スタンド80から車両100への給電の開始が指示されると開始される。
図8を参照して、このフローチャートは、ステップS222,S224の処理が追加されている点において実施の形態1のフローチャート(図7)とは異なる。ステップS205~S221,S225~S240の処理は、実施の形態1のフローチャートのステップS105~S121,S125~S140の処理とそれぞれ同様である。
ステップS221の処理の後、ECU70は、出力電力OPが最大となる複数の昇圧比BRの候補が存在するか否かを判定する(ステップS222)。そのような複数の昇圧比BRの候補が存在する場合(ステップS222においてYES)、ECU70は、複数の候補のうち電力損失LSが最小となる候補を昇圧比BRに設定する(ステップS224)。他方、そのような複数の昇圧比BRの候補が存在しない場合(ステップS222においてNO)、ECU70は、ステップS225に処理を進める。
この変形例1によれば、上記のような複数の候補が存在する場合には、出力電力OPを可能な限り増大させることができる一方で電力損失LSを可能な限り低減することができる。
[実施の形態1の変形例2]
ECU70は、前述の損失低減処理を実行した後にも拘らず温度TCがしきい温度THT以上である場合(例えば、しきい温度THTよりも高い許容上限温度以上である場合)に、電力スタンド80からインレット31に供給される電流の指令値CV(図1)を引き下げてもよい。
このような構成によれば、損失低減処理の後に温度TCがしきい温度THT未満に低下しない場合に、電力スタンド80からインレット31を通じて昇圧コンバータ20に入力される電流(より詳細には、図3のリアクトル電流IL)が減少する。これにより、昇圧コンバータ20に入力される電力が減少する。その結果、昇圧コンバータ20における電力損失LSに起因する発熱量(例えば、リアクトルL1における発熱量)をさらに低減することができる。したがって、温度TCの上昇をより効果的に抑制することができる。
図9は、この変形例2に従うECU70により実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電力スタンド80のコネクタ81がインレット31に接続された状態で、電力スタンド80から車両100への給電の開始が指示されると開始される。
図9を参照して、このフローチャートは、ステップS335~S337の処理が追加されている点において実施の形態1のフローチャート(図7)とは異なる。ステップS305~S321,S325,S330,S340の処理は、実施の形態1のフローチャートのステップS105~S121,S125,S130,S140の処理とそれぞれ同様である。
ECU70は、損失低減処理の後(ステップS330の後)に、温度TCがしきい温度THTよりも高い許容上限温度ULT以上であるか否かを判定する(ステップS335)。許容上限温度ULTは、昇圧コンバータ20を過熱から保護するための上限温度として実験により適宜予め定められ、ECU70の記憶装置74に格納されている。
温度TCが許容上限温度ULT未満である場合(ステップS335においてNO)、温度TCは、しきい温度THTと許容上限温度ULTとの間の範囲内にある。この場合、ECU70は、電力スタンド80からインレット31に供給される電流の指令値CVを第1指令値CV1に設定する(ステップS336)。この例では、第1指令値CV1は、デフォルト値として予め定められた値である。ステップS336の処理の後、処理はリターンに進む。
他方、温度TCが許容上限温度ULT以上である場合(ステップS335においてYES)、ECU70は、第1指令値CV1よりも低い第2指令値CV2に指令値CVを設定する(ステップS337)。言い換えれば、ECU70は、デフォルト値である第1指令値CV1から第2指令値CV2に指令値CVを引き下げる。ステップS337の処理の後、リターンに処理が進む。
上記の例では、ECU70は、損失低減処理の後に温度TCが許容上限温度ULT以上であるか否かに従って、指令値CVを引き下げるか否かを決定するものとした。これに対して、ECU70は、損失低減処理の後に温度TCがしきい温度THT以上である時間がしきい時間以上継続したか否かに従って、指令値CVを引き下げるか否かを決定してもよい。しきい時間は、昇圧コンバータ20を過熱から保護するための時間として、実験により適宜予め定められる。
[実施の形態1の変形例3]
実施の形態1では、ECU70は、温度TCがしきい温度THT以上である場合に損失低減処理を実行する一方で、温度TCがしきい温度THT以上未満である場合に出力増大処理を実行するものとした。これに対して、ECU70は、温度TCがしきい温度THT以上未満である場合であっても、出力電力OPの増大よりも電力損失LSの低減を優先して昇圧比BRを設定してもよい。
この変形例3では、温度TCが低い場合の昇圧比BRを、温度TCが高くかつ損失低減処理が実行される場合の昇圧比BRに等しくするためのユーザ操作が車両100のHMI装置90を用いて行われる。例えば、昇圧コンバータ20が複数の動作モードを切り替え可能に構成され、昇圧コンバータ20の動作モードが複数の動作モードのうち損失低減モードにユーザにより設定される。
損失低減モードは、温度TCがしきい温度THT以上未満である場合であっても、出力増大処理が実行される場合の昇圧比BR(例えば、図4の昇圧比BR1)ではなく損失低減処理が実行される場合の昇圧比BR(例えば、昇圧比BR2)に昇圧比BRが設定されるモードである。
このように損失低減モードが設定されると、温度TCがしきい温度THTよりも低い場合であっても電力損失LSを低減することができる。さらに、ユーザの意思が昇圧コンバータ20における電力損失LSの量に反映される。その結果、ユーザの利便性を向上させることができる。
図10は、この変形例3に従うECU70により実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、電力スタンド80のコネクタ81がインレット31に接続された状態で、電力スタンド80から車両100への給電の開始が指示されると開始される。
図10を参照して、このフローチャートは、ステップS427の処理が追加されている点において実施の形態1のフローチャート(図7)とは異なる。ステップS405~S421,S425,S430,S440の処理は、実施の形態1のフローチャートのステップS105~S121,S125,S130,S140の処理とそれぞれ同様である。
この例では、ステップS405~S440の一連の処理が開始する前に、昇圧コンバータ20の動作モードが損失低減モードまたは通常モードのいずれかにユーザにより予め設定される。通常モードは、温度TCがしきい温度THT以上である場合にECU70が前述の出力増大処理を実行するモードである。
温度TCがしきい温度THT未満である場合(ステップS425においてNO)、ECU70は、昇圧コンバータ20の動作モードに従って処理を切り替える(ステップS427)。この動作モードが損失低減モードに設定されている場合、ECU70は、ステップS430に処理を進め、昇圧比BRを例えば昇圧比BR2(図4)に設定する。他方、上記の動作モードが通常モードに設定されている場合、ECU70は、昇圧比BRを例えば昇圧比BR1(図4)に設定することによって出力増大処理を実行する(ステップS440)。
[実施の形態1の変形例4]
上記の説明において、ECU70は、電力スタンド80からインレット31に出力される電圧と、バッテリ10の電圧VBとに従って昇圧比を設定するものとした。これに対して、ECU70は、例えば、電圧VBのみに従って昇圧比を設定してもよい。この場合、ECU70は、例えば、電圧VBと昇圧比との関係を示すマップを用いて、電圧VBに従って昇圧比を設定する。
[実施の形態2]
この実施の形態2では、昇圧コンバータ20の温度として、上アーム回路C1のダイオードD1の温度TC1または下アーム回路C2のスイッチング素子Q2の温度TC2が用いられる。そして、ECU70は、温度TC1または温度TC2に従って昇圧比BRを設定する。ダイオードD1は、本開示の「第1素子」の一例に相当する。スイッチング素子Q2は、本開示の「第2素子」の一例に相当する。実施の形態2における車両100の構成は、実施の形態1における車両100の構成と基本的に同様である(図1~図3)。以下、実施の形態2における昇圧比BRの設定方法を詳しく説明する。
図3を再び参照して、ECU70は、昇圧コンバータ20の温度としての上アーム回路C1のダイオードD1の温度TC1に従って昇圧比BRを設定する。具体的には、ECU70(処理装置72)は、温度TC1が第1基準温度を超過すると昇圧比BR(デューティ比DU)を引き上げる。第1基準温度は、温度TC1が第1基準温度未満であればダイオードD1が過熱から保護される温度として実験により適宜予められる。
昇圧比BRが引き上げられるほど、下アーム回路C2に流れる電流(コンデンサC1、リアクトルL1および下アーム回路C2により形成される回路を循環する電流)が増大する。その結果、上アーム回路C1(特に、ダイオードD1)に流れる電流が減少する。上記のように昇圧比BRが引き上げられると、上アーム回路C1のダイオードD1に流れる電流が減少する。これにより、ダイオードD1における電力損失に起因する発熱量が減少する。その結果、ダイオードD1を過熱から保護することができる。
同様に、ECU70は、昇圧コンバータ20の温度としての下アーム回路C2のスイッチング素子Q2の温度TC2に従って昇圧比BRを設定してもよい。具体的には、ECU70(処理装置72)は、温度TC2が第2基準温度を超過すると昇圧比BR(デューティ比DU)を引き下げてもよい。第2基準温度は、温度TC2が第2基準温度未満であればスイッチング素子Q2が過熱から保護される温度として実験により適宜予められる。
昇圧比BRが引き下げられるほど、上アーム回路C1に流れる電流(上アーム回路C1および正極線PLを通じてバッテリ10に供給される電流)が増大する。その結果、下アーム回路C2(特に、スイッチング素子Q2)に流れる電流が減少する。上記のように昇圧比BRが引き下げられると、下アーム回路C2のスイッチング素子Q2に流れる電流が減少する。これにより、スイッチング素子Q2における電力損失に起因する発熱量が減少する。その結果、スイッチング素子Q2を過熱から保護することができる。
[その他の変形例]
図2を再び参照して、車両100のインレット31と昇圧コンバータ20との間に、AC-DCコンバータが設けられてもよい。これにより、電力スタンド80が車両100に交流電力を供給するように構成されている場合であっても、電力スタンド80からの交流電力は、上記のAC-DCコンバータにより直流電力に変換された後に昇圧コンバータ20に入力される。そして、ECU70は、実施の形態1およびその変形例1~4ならびに実施の形態2の場合と同様に、昇圧コンバータ20の温度TCに従って昇圧比BRを設定する(例えば、損失低減処理または出力電力処理を実行する)。
上記において、昇圧コンバータ20の一例として、昇圧チョッパ回路(図3)が用いられたが、チャージポンプ方式の昇圧装置など他の方式の昇圧装置が用いられてもよい。
5 充電システム、10 バッテリ、20 昇圧コンバータ、26 温度センサ、30 充電リレー、31 インレット、72 処理装置、74 記憶装置、80 電力スタンド、89,90 HMI装置、100 車両、BR,BR1,BR2 昇圧比、CV 指令値、DU,DU1,DU2 デューティ比、IL リアクトル電流、L1 リアクトル、LS 電力損失、TC 温度、VH 昇圧電圧、VL 入力電圧。

Claims (11)

  1. 車両の外部の電力設備からの電力を用いて前記車両の蓄電装置を充電する外部充電を制御する充電制御装置であって、
    前記車両は、
    前記電力設備から受電するように構成される受電部と、
    前記受電部と前記蓄電装置との間に設けられる昇圧装置とを含み、
    前記昇圧装置は、
    前記電力設備から前記受電部を通じて前記昇圧装置に入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧することによって、昇圧後の電圧である昇圧電圧を前記蓄電装置に出力し、
    前記昇圧電圧の電力である出力電力を前記蓄電装置に供給することによって前記蓄電装置を充電するように構成され、
    前記充電制御装置は、
    記憶部と、
    前記昇圧装置の駆動制御を実行するように構成された処理部とを備え、
    前記処理部は、前記入力電圧と前記昇圧電圧との比率である昇圧比を前記昇圧装置の温度に応じて設定するように構成され、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度が高い場合に、前記昇圧装置の温度が低い場合よりも前記昇圧装置における電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定する損失低減処理を実行し、
    前記損失低減処理は、前記昇圧装置の温度がしきい温度以上である場合に、前記昇圧装置の温度が前記しきい温度未満である場合よりも前記電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定することを含み、
    前記処理部は、
    前記電力設備から前記受電部に供給される電流の指令値を前記電力設備に送信するように構成されており、
    前記損失低減処理を実行した後に前記昇圧装置の温度が前記しきい温度以上である場合に、前記指令値を引き下げる、充電制御装置。
  2. 車両の外部の電力設備からの電力を用いて前記車両の蓄電装置を充電する外部充電を制御する充電制御装置であって、
    前記車両は、
    前記電力設備から受電するように構成される受電部と、
    前記受電部と前記蓄電装置との間に設けられる昇圧装置とを含み、
    前記昇圧装置は、
    前記電力設備から前記受電部を通じて前記昇圧装置に入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧することによって、昇圧後の電圧である昇圧電圧を前記蓄電装置に出力し、
    前記昇圧電圧の電力である出力電力を前記蓄電装置に供給することによって前記蓄電装置を充電するように構成され、
    前記充電制御装置は、
    記憶部と、
    前記昇圧装置の駆動制御を実行するように構成された処理部とを備え、
    前記処理部は、前記入力電圧と前記昇圧電圧との比率である昇圧比を前記昇圧装置の温度に応じて設定するように構成され、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度が高い場合に、前記昇圧装置の温度が低い場合よりも前記昇圧装置における電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定する損失低減処理を実行し、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度が低い場合に、前記昇圧装置の温度が高い場合よりも前記出力電力が増大するように前記昇圧比を設定する出力増大処理を実行し、
    前記出力増大処理は、前記昇圧装置が前記蓄電装置に出力可能な電力の範囲内で前記出力電力を最大化することを含む、充電制御装置。
  3. 前記損失低減処理は、前記昇圧装置の温度がしきい温度以上である場合に、前記昇圧装置の温度が前記しきい温度未満である場合よりも前記電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定することを含む、請求項2に記載の充電制御装置。
  4. 前記処理部は、
    前記電力設備から前記受電部に供給される電流の指令値を前記電力設備に送信するように構成されており、
    前記損失低減処理を実行した後に前記昇圧装置の温度が前記しきい温度以上である場合に、前記指令値を引き下げる、請求項3に記載の充電制御装置。
  5. 前記損失低減処理は、前記昇圧装置の温度が上昇するほど前記電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定することを含む、請求項2に記載の充電制御装置。
  6. 前記昇圧装置の温度が低い場合の前記昇圧比を、前記昇圧装置の温度が高くかつ前記損失低減処理が実行される場合の前記昇圧比に等しくするためのユーザ操作が行われた場合に、前記処理部は、前記出力増大処理を実行することなく前記ユーザ操作の結果に従って前記昇圧比を設定する、請求項2から請求項5のいずれか1項に記載の充電制御装置。
  7. 車両の外部の電力設備からの電力を用いて前記車両の蓄電装置を充電する外部充電を制御する充電制御装置であって、
    前記車両は、
    前記電力設備から受電するように構成される受電部と、
    前記受電部と前記蓄電装置との間に設けられる昇圧装置とを含み、
    前記昇圧装置は、
    前記電力設備から前記受電部を通じて前記昇圧装置に入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧することによって、昇圧後の電圧である昇圧電圧を前記蓄電装置に出力し、
    前記昇圧電圧の電力である出力電力を前記蓄電装置に供給することによって前記蓄電装置を充電するように構成され、
    前記充電制御装置は、
    記憶部と、
    前記昇圧装置の駆動制御を実行するように構成された処理部とを備え、
    前記処理部は、前記入力電圧と前記昇圧電圧との比率である昇圧比を前記昇圧装置の温度に応じて設定するように構成され、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度が高い場合に、前記昇圧装置の温度が低い場合よりも前記昇圧装置における電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定する損失低減処理を実行し、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度が低い場合に、前記昇圧装置の温度が高い場合よりも前記出力電力が増大するように前記昇圧比を設定する出力増大処理を実行し、
    前記昇圧装置の温度が低い場合の前記昇圧比を、前記昇圧装置の温度が高くかつ前記損失低減処理が実行される場合の前記昇圧比に等しくするためのユーザ操作が行われた場合に、前記処理部は、前記出力増大処理を実行することなく前記ユーザ操作の結果に従って前記昇圧比を設定する、充電制御装置。
  8. 前記損失低減処理は、前記昇圧装置の温度がしきい温度以上である場合に、前記昇圧装置の温度が前記しきい温度未満である場合よりも前記電力損失が低減されるように前記昇圧比を設定することを含む、請求項に記載の充電制御装置。
  9. 前記処理部は、
    前記電力設備から前記受電部に供給される電流の指令値を前記電力設備に送信するように構成されており、
    前記損失低減処理を実行した後に前記昇圧装置の温度が前記しきい温度以上である場合に、前記指令値を引き下げる、請求項に記載の充電制御装置。
  10. 車両の外部の電力設備からの電力を用いて前記車両の蓄電装置を充電する外部充電を制御する充電制御装置であって、
    前記車両は、
    前記電力設備から受電するように構成される受電部と、
    前記受電部と前記蓄電装置との間に設けられる昇圧装置とを含み、
    前記昇圧装置は、
    前記電力設備から前記受電部を通じて前記昇圧装置に入力される電力の電圧である入力電圧を昇圧することによって、昇圧後の電圧である昇圧電圧を前記蓄電装置に出力し、
    前記昇圧電圧の電力である出力電力を前記蓄電装置に供給することによって前記蓄電装置を充電するように構成され、
    前記充電制御装置は、
    記憶部と、
    前記昇圧装置の駆動制御を実行するように構成された処理部とを備え、
    前記処理部は、前記入力電圧と前記昇圧電圧との比率である昇圧比を前記昇圧装置の温度に応じて設定するように構成され、
    前記昇圧装置は、前記蓄電装置の正極に接続される第1素子を含み、
    前記処理部は、前記昇圧装置の温度としての前記第1素子の温度が第1基準温度を超過すると前記昇圧比を引き上げる、充電制御装置。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の充電制御装置を備える、車両。
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