バッテリ制御装置及び車両
【課題】小型軽量であるバッテリ制御装置、及び当該装置を備える車両を提供する。
【解決手段】バッテリ制御装置１は、外部電源ＰＳから供給される電力により充電が可能なバッテリＢの充放電を制御するものであって、バッテリＢに対し、モータＭＴを電気的に接続するのか、外部電源ＰＳを電気的に接続するのかを切り替える切替器１３と、バッテリＢと切替器１３との間に設けられ、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換回路１２と、バッテリＢにモータＭＴが電気的に接続された場合には電力変換回路１２に第１変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが電気的に接続された場合には電力変換回路１２に第２変換をさせてバッテリＢの充電制御を行う制御回路１８とを備える。
【解決手段】バッテリ制御装置１は、外部電源ＰＳから供給される電力により充電が可能なバッテリＢの充放電を制御するものであって、バッテリＢに対し、モータＭＴを電気的に接続するのか、外部電源ＰＳを電気的に接続するのかを切り替える切替器１３と、バッテリＢと切替器１３との間に設けられ、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換回路１２と、バッテリＢにモータＭＴが電気的に接続された場合には電力変換回路１２に第１変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが電気的に接続された場合には電力変換回路１２に第２変換をさせてバッテリＢの充電制御を行う制御回路１８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置、及び当該装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究が盛んに行われている。これらハイブリッド自動車や電気自動車は、モータに対して電力を供給する再充電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池（バッテリ）を備えている。
【０００３】
電気自動車は、基本的には外部の充電装置を電気自動車に装着することによってバッテリの充電が可能である。また、ハイブリッド自動車のうち、所謂プラグイン・ハイブリッド車と呼ばれるものは、電気自動車とは異なり、自ら充電装置（プラグイン充電装置）を備えている。このため、プラグイン・ハイブリッド車は、外部の電源（例えば、電圧が２００Ｖの商用交流電源）のプラグをプラグイン充電装置の差し込み口に介挿することでバッテリの充電が可能である。
【０００４】
電気自動車が備えるバッテリの充電に用いられる充電装置は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）コンバータ、ＰＷＭインバータ、及び整流器を備えており、電圧が２００Ｖの商用交流電源からバッテリの充電に必要となる直流電力を生成する。従って、充電装置が電気自動車に装着されると、充電装置で生成された直流電力が電気自動車に供給されてバッテリの充電が行われる。
【０００５】
プラグイン・ハイブリッド車が備えるプラグイン充電装置は、例えばＰＷＭコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、外部の電源から供給される電力からバッテリの充電に必要となる直流電力を生成する。従って、外部電源のプラグがプラグイン充電装置の差し込み口に介挿されると、バッテリを充電する直流電力がプラグイン充電装置で生成されてバッテリの充電が行われる。以下の特許文献１には、プラグイン充電装置を備えており、外部からバッテリを充電することができる車両の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０１１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車両の重量が重くなるにつれて車両を加速・減速させるためにより多くのエネルギーが必要になることから、燃費は一般的に低下する傾向がある。このため、燃費が重視される車種では、車両の重量を軽減する対策が行われている。上述したプラグイン充電装置は、燃費が重視されるプラグイン・ハイブリッド車等の車両に常時搭載されるものであるため極力小型軽量であることが望ましい。
【０００８】
また、プラグイン充電装置は、車両に設けられたバッテリの充電時以外は使用されるものではないため稼働率が低い。仮に、プラグイン充電装置をバッテリの充電以外にも使用することができ、バッテリの制御を行う他の装置（例えば、バッテリの放電量を制御する装置）と共用することができれば、プラグイン充電装置の稼働率を高めることができるとともに、装置構成を簡略化することができ、プラグイン充電装置の小型化及び軽量化を実現することができると考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型軽量であるバッテリ制御装置、及び当該装置を備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のバッテリ制御装置は、外部電源（ＰＳ）から供給される電力により充電が可能なバッテリ（Ｂ）の充放電を制御するバッテリ制御装置（１、２）であって、前記バッテリに対し、モータ（ＭＴ）を電気的に接続するのか、前記外部電源を電気的に接続するのかを切り替える切替部（１３）と、前記バッテリと前記切替部との間に設けられ、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部（１２）と、前記バッテリに前記モータが電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第１変換をさせて前記モータの駆動制御を行い、前記バッテリに前記外部電源が電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第２変換をさせて前記バッテリの充電制御を行う制御部（１８、５０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源からの交流電力の位相を検出する位相検出部（１５）を備えており、前記制御部が、前記位相検出器の検出結果を用いて前記バッテリの充電制御を行うことを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源からの交流電力、及び前記電力変換部で前記第１変換により変換されて前記モータに供給される交流電力は、三相交流電力であることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源が、各相毎に設けられたリアクトル（１４）を介して前記電力変換部と接続されることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記バッテリと前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部で前記第２変換により変換される直流電力の電圧を、前記バッテリに適した電圧に低下させる降圧装置（４０）を備えることを特徴としている。
本発明の車両は、動力発生源としてのモータ（ＭＴ）と、外部電源（ＰＳ）から供給される電力により充電が可能であって前記モータに電力を供給するバッテリ（Ｂ）とを備える車両であって、前記バッテリの充放電を制御する上記の何れかに記載のバッテリ制御装置を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切替部によってバッテリに対してモータ及び外部電源の何れを接続するかを切り替え可能にし、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部を設け、バッテリにモータが接続された場合には制御部が電力変換部に第１変換をさせてモータの駆動制御を行い、バッテリに外部電源が接続された場合には、制御部が電力変換部に交流直流変換をさせてバッテリの充電制御を行っている。このため、モータの駆動制御を行う場合とバッテリの充電制御を行う場合とで電力変換部を共用することができるため、バッテリ制御装置を小型軽量にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるバッテリ制御装置及び車両について詳細に説明する。尚、以下では、車両がプラグイン・ハイブリッド車であるものとし、バッテリ制御装置がプラグイン・ハイブリッド車に設けられたバッテリの充放電を制御するものであるとする。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。図１に示す通り、本実施形態のバッテリ制御装置１は、コンデンサ１１、電力変換回路１２（電力変換部）、切替器１３（切替部）、リアクトル１４、位相検出回路１５（位相検出部）、電流センサ１６、電圧センサ１７、及び制御回路１８（制御部）を備えており、バッテリＢの充放電を制御する。
【００１５】
ここで、バッテリＢは、プラグイン・ハイブリッド車に設けられたリチウムイオン二次電池等の二次電池であり、外部電源ＰＳから供給される電力により充電が可能であって、プラグイン・ハイブリッド車に設けられている動力発生源としてのモータＭＴに電力を供給する。外部電源ＰＳは、例えば電圧が２００Ｖの三相交流電力を供給する商用交流電源であり、プラグイン・ハイブリッド車に設けられた充電用の差し込み口（図示省略）にプラグを介挿することで、図１に示す通りリアクトル１４及び位相検出回路１５に接続される。
【００１６】
コンデンサ１１は、バッテリＢの正電極と負電極との間に接続されており、バッテリＢの充電時に外部電源ＰＳから供給されて電力変換回路１２で整流された電力を平滑化して直流電力にするために設けられる。電力変換回路１２は、コンデンサ１１と切替器１３との間に設けられており、制御回路１８の制御の下で、バッテリＢからの直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換する直流交流変換（第１変換）、又は外部電源ＰＳからの交流電力（三相交流交流電力）を直流電力に変換する交流直流変換（第２変換）を行う。尚、直流交流変換によって得られた交流電力は切替器１３側に出力され、交流直流変換によって得られた直流電力はバッテリＢ側に出力される。
【００１７】
この電力変換回路１２は、トランジスタ２１ａ〜２１ｆとダイオード２２ａ〜２２ｆとを備えている。トランジスタ２１ａ〜２１ｆは、バイポーラトランジスタであり、制御回路１８によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ２１ａ〜２１ｆとしてＦＥＴトランジスタ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いることも可能である。
【００１８】
トランジスタ２１ａ，２１ｃ，２１ｅは、コレクタ電極がコンデンサ１１の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ２１ｂ，２１ｄ，２１ｆのコレクタ電極にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ２１ｂ，２１ｄ，２１ｆは、エミッタ電極がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ２１ａ〜２１ｆのベース電極は制御回路１８に接続されている。また、ダイオード２２ａ〜２２ｆは、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。
【００１９】
トランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々を、予め設定された規則に従ってスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、バッテリＢからの直流電力が交流電力に変換されて切替器１３に出力される。尚、このような直流交流変換は、切替器１３によってモータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路１８の制御の下で行われる。
【００２０】
これに対し、トランジスタ２１ａ〜２１ｆが全てオフ状態である場合に切替器１３から交流電力（外部電源ＰＳからの交流電力）が供給されると、その交流電力がダイオード２２ａ〜２２ｆによって整流されてコンデンサ１１で平滑化されることにより直流電力に変換されてバッテリＢに出力される。ここで、電力変換回路１２で交流直流変換が行われる場合にも、電力の変換量が制御されるときには、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング動作が行われる。尚、このような交流直流変換は、切替器１３によって外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路１８の制御の下で行われる。
【００２１】
切替器１３は、制御回路１８の制御の下で、モータＭＴを電力変換回路１２に接続するのか、又は、外部電源ＰＳを電力変換回路１２に接続するのかを切り替える。ここで、モータＭＴが電力変換回路１２に接続された場合にはバッテリＢに対してモータが電気的に接続され、外部電源ＰＳが電力変換回路１２に接続された場合にはバッテリＢに対して外部電源ＰＳが電気的に接続されることになる。
【００２２】
尚、本実施形態では、切替器１３の切り替えが制御回路１８によって制御される例について説明するが、その切り替え制御は必ずしも制御回路１８が行う必要はない。例えば、不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿されたか否かを検出するスイッチを設け、このスイッチがオン状態になったときに、切替器１３の切り替えが機械的又は電気的に自動的に行われるようにしても良い。
【００２３】
リアクトル１４は、差し込み口にプラグが介挿されたときに流れる突入電流を防止するためのものであり、切替器１３と不図示の充電用の差し込み口との間において各相毎に設けられている。つまり、外部電源ＰＳは、各相毎に設けられたリアクトル１４を介して電力変換回路１２と接続されることになる。位相検出回路１５は、不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿された場合に、外部電源ＰＳから供給される交流電力の各相の位相を検出する。尚、この位相検出回路１５の検出結果は、上記の不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿されたか否かを判断するためにも用いられる。
【００２４】
電流センサ１６は、バッテリＢの正電極に接続された電流路に取り付けられており、バッテリＢから流出する電流（放電電流）、及びバッテリＢに流入する電流（充電電流）を検出する。電圧センサ１７は、コンデンサ１１に対して並列に取り付けられており、コンデンサ１１の電位差（バッテリＢの電圧）を検出する。これら電流センサ１６及び電圧センサ１７の検出結果を示す検出信号は、制御回路１８に出力される。
【００２５】
制御回路１８は、演算器３１、自動電流制御器（ＡＣＲ：Automatic Current Regulator）３２、演算器３３、自動電圧制御器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）３４、及びＰＷＭ制御器３５を備えており、電流センサ１６及び電圧センサ１７の検出結果並びに位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、バッテリＢの充放電電流が電流指令信号Ｓ１で示される電流になるように電力変換回路１２を制御する。また、位相検出回路１５の検出結果に応じて切替器１３の切り替え制御も行う。
【００２６】
演算器３１は、外部から入力される電流指令信号Ｓ１から電流センサ１６の検出結果を減算することにより、バッテリＢの実際の充放電電流と電流指令信号Ｓ１で指示される電流値との差である電流誤差信号を求める。自動電流制御器３２は、演算器３１から出力される電流誤差信号を零とする制御信号を生成して出力する。演算器３３は、自動電流制御器３２から出力される制御信号から電圧センサ１７の検出結果を減算することにより、バッテリＢの実際の出力電圧と自動電流制御器３２から出力される制御信号との差である電圧誤差信号を求める。自動電圧制御器３４は、演算器３３から出力される電圧誤差信号を零とする制御信号を出力する。
【００２７】
ＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々をスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。また、ＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果に応じて切替器１３の切り替え制御を行う。以上の制御回路１８において、電流センサ１６、演算器３１〜ＰＷＭ制御器３５、及び電力変換回路１２からなる制御ループ（メジャー制御ループ）でバッテリＢの充放電電流が制御され、電圧センサ１７、演算器３３〜ＰＷＭ制御器３５、及び電力変換回路１２からなる制御ループ（マイナー制御ループ）で電力変換回路１２の電圧制御が行われる。
【００２８】
次に、上記構成におけるバッテリ制御装置１の動作について説明する。バッテリ制御装置１の動作は、バッテリＢの電力を用いてモータＭＴを駆動する場合の駆動動作と、外部電源ＰＳを用いてバッテリＢを充電する場合の充電動作とに大別される。以下、各々の動作について順に説明する。
【００２９】
［駆動動作］
バッテリＢの電力を用いてモータＭＴの駆動が行われる場合には、プラグイン・ハイブリッド車に設けられた不図示の充電用の差し込み口に対するプラグ（外部電源ＰＳのプラグ）の介挿は行われない。このため、位相検出回路１５で位相検出が行われないことから、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、切替器１３を制御してモータＭＴを電力変換回路１２に接続させる。これにより、バッテリＢに対してモータＭＴが電気的に接続される。
【００３０】
モータＭＴがバッテリＢに対して電気的に接続されている状態で電流指令信号Ｓ１が入力されると、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて、電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作を開始させる。トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング動作が開始されると、バッテリＢからの直流電力が交流電力に変換される。この交流電力は切替器１３を介してモータＭＴに供給され、これによりモータＭＴが駆動される。
【００３１】
ここで、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が大きくなると、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング周期の長さと、トランジスタ２１ａ〜２１ｆがオン状態である時間との比であるデューティ比が大きくなる。すると、モータＭＴに供給される平均的な電力量が増大し、これによりモータＭＴの回転数が高くなる。これに対し、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が小さくなるとデューティ比が小さくなる。すると、モータＭＴに供給される平均的な電力量が減少し、これによりモータＭＴの回転数は低くなる。このようにして、モータＭの駆動制御が行われる。
【００３２】
［充電動作］
外部電源ＰＳからの電力を用いてバッテリＢの充電を行う場合には、まずユーザが外部電源ＰＳのプラグをプラグイン・ハイブリッド車に設けられた不図示の充電用の差し込み口に介挿する。すると、外部電源ＰＳからの交流電力がプラグを介してバッテリ制御装置１に供給され、位相検出回路１５で交流電力の位相検出が行われる。位相検出回路１５の検出結果が制御回路１８のＰＷＭ制御器３５に出力されると、ＰＷＭ制御器３５は切替器１３を制御して外部電源ＰＳを電力変換回路１２に接続させる。これにより、バッテリＢに対して外部電源ＰＳが電気的に接続される。
【００３３】
外部電源ＰＳがバッテリＢに対して電気的に接続されている状態で電流指令信号Ｓ１が入力されると、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて、電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作を開始させる。尚、自動電圧制御器３４から出力される制御信号によってはスイッチング動作を開始させずに、トランジスタ２１ａ〜２１ｆをオフ状態に維持することもある。
【００３４】
ここで、説明を簡単にするために、トランジスタ２１ａ〜２１ｆの全てがオフ状態に維持されているとすると、電力変換回路１２に設けられたダイオード２２ａ〜２２ｆによって三相全波整流回路が構成される。外部電源ＰＳから供給される交流電力は、リアクトル１４を介して電力変換回路１２に入力し、三相全波整流回路を構成するダイオード２２ａ〜２２ｆによって整流され、コンデンサ１１で平滑されることにより直流電力に変換される。このようにして変換された直流電力は、バッテリＢに供給されてバッテリＢが充電される。
【００３５】
ここで、あるデューティ比でトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作が行われている場合について考える。かかる場合に、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が大きくなると、電力変換回路１２で交流電力から直流電力に変換される電力の量が増大し、これによりバッテリＢの充電に用いられる電力量が多くなる。これに対し、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が小さくなると、電力変換回路１２で交流電力から直流電力に変換される電力の量が減少し、これによりバッテリＢの充電に用いられる電力量が少なくなる。このようにして、バッテリＢの充電制御が行われる。
【００３６】
以上の通り、本実施形態では、バッテリＢに対してモータＭＴ及び外部電源ＰＳの何れを接続するかを切り替える切替器１３と、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換と外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換とが可能な電力変換回路１２とが設けられている。そして、バッテリＢにモータＭＴが接続された場合には、制御回路１８が電力変換回路１２に直流交流変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが接続された場合には、制御回路１８が電力変換回路１２に交流直流変換をさせてバッテリＢの充電制御を行っている。
【００３７】
このように、本実施形態では、電力変換回路１２をモータＭＴの駆動制御を行う場合とバッテリＢの充電制御を行う場合とで共用することができるため、バッテリ制御装置１を小型・軽量にすることができる。また、小型・軽量のバッテリ制御装置１をプラグイン・ハイブリッド車に設けることで、プラグイン・ハイブリッド車の燃費を向上させることができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同じ構成については、同一の符号を付してある。図２に示す通り、本実施形態のバッテリ制御装置２は、図１に示したバッテリ制御装置１にＤＣ／ＤＣコンバータ４０（降圧装置）を追加し、制御回路１８を制御回路５０に代えた構成である。電力変換回路１２は、外部電源ＰＳからの電力を用いたバッテリＢの充電を行う場合に昇圧動作しかできない。バッテリＢの仕様によってはバッテリＢに印加する電圧を低減する必要があることから、本実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ４０及び制御回路５０を設け、このような仕様のバッテリＢに対応したものである。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、バッテリＢとコンデンサ１１との間に設けられており、制御回路５０の制御の下で、バッテリＢから供給される直流電力、或いはコンデンサ１１で平滑化された直流電力の電力変換を行う。このＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、コンデンサ４１、チョークコイル４２、トランジスタ４３ａ，４３ｂ、及びダイオード４４ａ，４４ｂを備えている。コンデンサ４１は、バッテリＢの正電極と負電極との間に接続されている。チョークコイル４２は、一端がコンデンサ４１の一方の電極に接続されており、他端がトランジスタ４３ａのエミッタ電極とトランジスタ４３ｂのコレクタ電極との接続点に接続されている。
【００４０】
トランジスタ４３ａ，４３ｂは、バイポーラトランジスタであり、制御回路５０によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ４３ａ，４３ｂとしてＦＥＴトランジスタを用いることも可能である。トランジスタ４３ａは、コレクタ電極がコンデンサ１１の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ４３ｂのコレクタ電極に接続されている。また、トランジスタ４３ｂは、エミッタ電極がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ４３ａ，４３ｂのベース電極は制御回路５０に接続されている。また、ダイオード４４ａ，４４ｂは、トランジスタ４３ａ〜４３ｂのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。
【００４１】
トランジスタ４３ａをオフ状態にし、トランジスタ４３ｂをスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型昇圧チョークコンバータとして動作する。このため、バッテリＢの出力電圧を昇圧することができる。尚、かかる動作は、切替器１３によってモータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路５０の制御の下で行われる。
【００４２】
これに対し、トランジスタ４３ｂをオフ状態にし、トランジスタ４３ａをスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型降圧チョークコンバータとして動作する。このため、コンデンサ１１に現れる電圧をバッテリＢに適した電圧に降圧することができる。尚、かかる動作は、切替器１３によって外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路５０の制御の下で行われる。
【００４３】
制御回路５０は、図１に示す制御回路１８が備える演算器３１〜ＰＷＭ制御器３５に加えて、ＰＷＭ制御器５１を備える。但し、図１に示す制御回路１８は、自動電流制御器３２の出力端が演算器３３に接続されていたが、制御回路５０は、自動電流制御器３２の出力端がＰＷＭ制御器５１に接続され、演算器３３には外部から中間電圧指令信号Ｓ２が入力されている。つまり、制御回路５０は、バッテリＢの充放電電流の制御を電流指令信号Ｓ１を用いて行い、電力変換回路１２の電圧制御を中間電圧指令信号Ｓ２を用いて行う構成である。
【００４４】
ＰＷＭ制御器５１は、自動電流制御器３２から出力される制御信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に設けられたトランジスタ４３ａ，４３ｂの各々をスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。具体的には、モータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合には、例えばトランジスタ４３ａをオフ状態にし、トランジスタ４３ｂをスイッチング動作させる制御を行う。これに対し、外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合には、例えばトランジスタ４３ｂをオフ状態にし、トランジスタ４３ａをスイッチング動作させる制御を行う。尚、トランジスタ４３ａ，４３ｂをＰＷＭスイッチング動作させる場合のデューティ比は、電圧を昇圧させ又は降圧させる度合いに応じて制御される。
【００４５】
以上の構成におけるバッテリ制御装置２の動作は、モータＭＴの駆動制御時にバッテリＢの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４０で昇圧され、バッテリＢの充電制御時にコンデンサ１１に現れる電圧が降圧される点を除いて、基本的には第１実施形態のバッテリ制御装置１の動作と同様である。このため、ここでは、バッテリ制御装置２の動作の詳細については省略する。
【００４６】
本実施形態においても、バッテリＢに対してモータＭＴ及び外部電源ＰＳの何れを接続するかを切り替える切替器１３と、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換と外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換とが可能な電力変換回路１２とが設けられている。そして、バッテリＢにモータＭＴが接続された場合には、制御回路５０が電力変換回路１２に直流交流変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが接続された場合には、制御回路５０が電力変換回路１２に交流直流変換をさせてバッテリＢの充電制御を行っている。
【００４７】
このように、本実施形態でも、電力変換回路１２をモータＭＴの駆動制御を行う場合とバッテリＢの充電制御を行う場合とで共用することができるため、バッテリ制御装置２を小型・軽量にすることができる。また、小型・軽量のバッテリ制御装置２をプラグイン・ハイブリッド車に設けることで、プラグイン・ハイブリッド車の燃費を向上させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態によるバッテリ制御装置及び車両について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、外部電源ＰＳが三相交流電力を供給するものであり、電力変換回路１２がバッテリＢからの直流電力を三相交流電力に変換するものである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、外部電源が単相交流電力を供給するものであって、電力変換回路がバッテリＢからの直流電力を単相交流電力に変換するものである場合にも適用可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、車両がプラグイン・ハイブリッド車である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリと、このバッテリから供給される電力によって動力を発生する動力発生源としてのモータを備える車両一般に適用することができる。例えば、上記のプラグイン・ハイブリッド車以外に、電気自動車、電動式の重機等の車両にも本発明を適用可能である
【符号の説明】
【００５０】
１，２ バッテリ制御装置
１２ 電力変換回路
１３ 切替器
１４ リアクトル
１５ 位相検出回路
１８ 制御回路
４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０ 制御回路
Ｂ バッテリ
ＭＴ モータ
ＰＳ 外部電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置、及び当該装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、低炭素社会を実現すべく、動力発生源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）や動力発生源としてモータのみを用いる電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）の研究が盛んに行われている。これらハイブリッド自動車や電気自動車は、モータに対して電力を供給する再充電が可能なリチウムイオン二次電池等の二次電池（バッテリ）を備えている。
【０００３】
電気自動車は、基本的には外部の充電装置を電気自動車に装着することによってバッテリの充電が可能である。また、ハイブリッド自動車のうち、所謂プラグイン・ハイブリッド車と呼ばれるものは、電気自動車とは異なり、自ら充電装置（プラグイン充電装置）を備えている。このため、プラグイン・ハイブリッド車は、外部の電源（例えば、電圧が２００Ｖの商用交流電源）のプラグをプラグイン充電装置の差し込み口に介挿することでバッテリの充電が可能である。
【０００４】
電気自動車が備えるバッテリの充電に用いられる充電装置は、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）コンバータ、ＰＷＭインバータ、及び整流器を備えており、電圧が２００Ｖの商用交流電源からバッテリの充電に必要となる直流電力を生成する。従って、充電装置が電気自動車に装着されると、充電装置で生成された直流電力が電気自動車に供給されてバッテリの充電が行われる。
【０００５】
プラグイン・ハイブリッド車が備えるプラグイン充電装置は、例えばＰＷＭコンバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、外部の電源から供給される電力からバッテリの充電に必要となる直流電力を生成する。従って、外部電源のプラグがプラグイン充電装置の差し込み口に介挿されると、バッテリを充電する直流電力がプラグイン充電装置で生成されてバッテリの充電が行われる。以下の特許文献１には、プラグイン充電装置を備えており、外部からバッテリを充電することができる車両の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２０１１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、車両の重量が重くなるにつれて車両を加速・減速させるためにより多くのエネルギーが必要になることから、燃費は一般的に低下する傾向がある。このため、燃費が重視される車種では、車両の重量を軽減する対策が行われている。上述したプラグイン充電装置は、燃費が重視されるプラグイン・ハイブリッド車等の車両に常時搭載されるものであるため極力小型軽量であることが望ましい。
【０００８】
また、プラグイン充電装置は、車両に設けられたバッテリの充電時以外は使用されるものではないため稼働率が低い。仮に、プラグイン充電装置をバッテリの充電以外にも使用することができ、バッテリの制御を行う他の装置（例えば、バッテリの放電量を制御する装置）と共用することができれば、プラグイン充電装置の稼働率を高めることができるとともに、装置構成を簡略化することができ、プラグイン充電装置の小型化及び軽量化を実現することができると考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型軽量であるバッテリ制御装置、及び当該装置を備える車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のバッテリ制御装置は、外部電源（ＰＳ）から供給される電力により充電が可能なバッテリ（Ｂ）の充放電を制御するバッテリ制御装置（１、２）であって、前記バッテリに対し、モータ（ＭＴ）を電気的に接続するのか、前記外部電源を電気的に接続するのかを切り替える切替部（１３）と、前記バッテリと前記切替部との間に設けられ、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部（１２）と、前記バッテリに前記モータが電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第１変換をさせて前記モータの駆動制御を行い、前記バッテリに前記外部電源が電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第２変換をさせて前記バッテリの充電制御を行う制御部（１８、５０）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源からの交流電力の位相を検出する位相検出部（１５）を備えており、前記制御部が、前記位相検出器の検出結果を用いて前記バッテリの充電制御を行うことを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源からの交流電力、及び前記電力変換部で前記第１変換により変換されて前記モータに供給される交流電力は、三相交流電力であることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記外部電源が、各相毎に設けられたリアクトル（１４）を介して前記電力変換部と接続されることを特徴としている。
また、本発明のバッテリ制御装置は、前記バッテリと前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部で前記第２変換により変換される直流電力の電圧を、前記バッテリに適した電圧に低下させる降圧装置（４０）を備えることを特徴としている。
本発明の車両は、動力発生源としてのモータ（ＭＴ）と、外部電源（ＰＳ）から供給される電力により充電が可能であって前記モータに電力を供給するバッテリ（Ｂ）とを備える車両であって、前記バッテリの充放電を制御する上記の何れかに記載のバッテリ制御装置を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、切替部によってバッテリに対してモータ及び外部電源の何れを接続するかを切り替え可能にし、バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部を設け、バッテリにモータが接続された場合には制御部が電力変換部に第１変換をさせてモータの駆動制御を行い、バッテリに外部電源が接続された場合には、制御部が電力変換部に交流直流変換をさせてバッテリの充電制御を行っている。このため、モータの駆動制御を行う場合とバッテリの充電制御を行う場合とで電力変換部を共用することができるため、バッテリ制御装置を小型軽量にすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるバッテリ制御装置及び車両について詳細に説明する。尚、以下では、車両がプラグイン・ハイブリッド車であるものとし、バッテリ制御装置がプラグイン・ハイブリッド車に設けられたバッテリの充放電を制御するものであるとする。
【００１４】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。図１に示す通り、本実施形態のバッテリ制御装置１は、コンデンサ１１、電力変換回路１２（電力変換部）、切替器１３（切替部）、リアクトル１４、位相検出回路１５（位相検出部）、電流センサ１６、電圧センサ１７、及び制御回路１８（制御部）を備えており、バッテリＢの充放電を制御する。
【００１５】
ここで、バッテリＢは、プラグイン・ハイブリッド車に設けられたリチウムイオン二次電池等の二次電池であり、外部電源ＰＳから供給される電力により充電が可能であって、プラグイン・ハイブリッド車に設けられている動力発生源としてのモータＭＴに電力を供給する。外部電源ＰＳは、例えば電圧が２００Ｖの三相交流電力を供給する商用交流電源であり、プラグイン・ハイブリッド車に設けられた充電用の差し込み口（図示省略）にプラグを介挿することで、図１に示す通りリアクトル１４及び位相検出回路１５に接続される。
【００１６】
コンデンサ１１は、バッテリＢの正電極と負電極との間に接続されており、バッテリＢの充電時に外部電源ＰＳから供給されて電力変換回路１２で整流された電力を平滑化して直流電力にするために設けられる。電力変換回路１２は、コンデンサ１１と切替器１３との間に設けられており、制御回路１８の制御の下で、バッテリＢからの直流電力を交流電力（三相交流電力）に変換する直流交流変換（第１変換）、又は外部電源ＰＳからの交流電力（三相交流交流電力）を直流電力に変換する交流直流変換（第２変換）を行う。尚、直流交流変換によって得られた交流電力は切替器１３側に出力され、交流直流変換によって得られた直流電力はバッテリＢ側に出力される。
【００１７】
この電力変換回路１２は、トランジスタ２１ａ〜２１ｆとダイオード２２ａ〜２２ｆとを備えている。トランジスタ２１ａ〜２１ｆは、バイポーラトランジスタであり、制御回路１８によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ２１ａ〜２１ｆとしてＦＥＴトランジスタ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）を用いることも可能である。
【００１８】
トランジスタ２１ａ，２１ｃ，２１ｅは、コレクタ電極がコンデンサ１１の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ２１ｂ，２１ｄ，２１ｆのコレクタ電極にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ２１ｂ，２１ｄ，２１ｆは、エミッタ電極がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ２１ａ〜２１ｆのベース電極は制御回路１８に接続されている。また、ダイオード２２ａ〜２２ｆは、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。
【００１９】
トランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々を、予め設定された規則に従ってスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、バッテリＢからの直流電力が交流電力に変換されて切替器１３に出力される。尚、このような直流交流変換は、切替器１３によってモータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路１８の制御の下で行われる。
【００２０】
これに対し、トランジスタ２１ａ〜２１ｆが全てオフ状態である場合に切替器１３から交流電力（外部電源ＰＳからの交流電力）が供給されると、その交流電力がダイオード２２ａ〜２２ｆによって整流されてコンデンサ１１で平滑化されることにより直流電力に変換されてバッテリＢに出力される。ここで、電力変換回路１２で交流直流変換が行われる場合にも、電力の変換量が制御されるときには、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング動作が行われる。尚、このような交流直流変換は、切替器１３によって外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路１８の制御の下で行われる。
【００２１】
切替器１３は、制御回路１８の制御の下で、モータＭＴを電力変換回路１２に接続するのか、又は、外部電源ＰＳを電力変換回路１２に接続するのかを切り替える。ここで、モータＭＴが電力変換回路１２に接続された場合にはバッテリＢに対してモータが電気的に接続され、外部電源ＰＳが電力変換回路１２に接続された場合にはバッテリＢに対して外部電源ＰＳが電気的に接続されることになる。
【００２２】
尚、本実施形態では、切替器１３の切り替えが制御回路１８によって制御される例について説明するが、その切り替え制御は必ずしも制御回路１８が行う必要はない。例えば、不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿されたか否かを検出するスイッチを設け、このスイッチがオン状態になったときに、切替器１３の切り替えが機械的又は電気的に自動的に行われるようにしても良い。
【００２３】
リアクトル１４は、差し込み口にプラグが介挿されたときに流れる突入電流を防止するためのものであり、切替器１３と不図示の充電用の差し込み口との間において各相毎に設けられている。つまり、外部電源ＰＳは、各相毎に設けられたリアクトル１４を介して電力変換回路１２と接続されることになる。位相検出回路１５は、不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿された場合に、外部電源ＰＳから供給される交流電力の各相の位相を検出する。尚、この位相検出回路１５の検出結果は、上記の不図示の充電用の差し込み口にプラグが介挿されたか否かを判断するためにも用いられる。
【００２４】
電流センサ１６は、バッテリＢの正電極に接続された電流路に取り付けられており、バッテリＢから流出する電流（放電電流）、及びバッテリＢに流入する電流（充電電流）を検出する。電圧センサ１７は、コンデンサ１１に対して並列に取り付けられており、コンデンサ１１の電位差（バッテリＢの電圧）を検出する。これら電流センサ１６及び電圧センサ１７の検出結果を示す検出信号は、制御回路１８に出力される。
【００２５】
制御回路１８は、演算器３１、自動電流制御器（ＡＣＲ：Automatic Current Regulator）３２、演算器３３、自動電圧制御器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）３４、及びＰＷＭ制御器３５を備えており、電流センサ１６及び電圧センサ１７の検出結果並びに位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、バッテリＢの充放電電流が電流指令信号Ｓ１で示される電流になるように電力変換回路１２を制御する。また、位相検出回路１５の検出結果に応じて切替器１３の切り替え制御も行う。
【００２６】
演算器３１は、外部から入力される電流指令信号Ｓ１から電流センサ１６の検出結果を減算することにより、バッテリＢの実際の充放電電流と電流指令信号Ｓ１で指示される電流値との差である電流誤差信号を求める。自動電流制御器３２は、演算器３１から出力される電流誤差信号を零とする制御信号を生成して出力する。演算器３３は、自動電流制御器３２から出力される制御信号から電圧センサ１７の検出結果を減算することにより、バッテリＢの実際の出力電圧と自動電流制御器３２から出力される制御信号との差である電圧誤差信号を求める。自動電圧制御器３４は、演算器３３から出力される電圧誤差信号を零とする制御信号を出力する。
【００２７】
ＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々をスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。また、ＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果に応じて切替器１３の切り替え制御を行う。以上の制御回路１８において、電流センサ１６、演算器３１〜ＰＷＭ制御器３５、及び電力変換回路１２からなる制御ループ（メジャー制御ループ）でバッテリＢの充放電電流が制御され、電圧センサ１７、演算器３３〜ＰＷＭ制御器３５、及び電力変換回路１２からなる制御ループ（マイナー制御ループ）で電力変換回路１２の電圧制御が行われる。
【００２８】
次に、上記構成におけるバッテリ制御装置１の動作について説明する。バッテリ制御装置１の動作は、バッテリＢの電力を用いてモータＭＴを駆動する場合の駆動動作と、外部電源ＰＳを用いてバッテリＢを充電する場合の充電動作とに大別される。以下、各々の動作について順に説明する。
【００２９】
［駆動動作］
バッテリＢの電力を用いてモータＭＴの駆動が行われる場合には、プラグイン・ハイブリッド車に設けられた不図示の充電用の差し込み口に対するプラグ（外部電源ＰＳのプラグ）の介挿は行われない。このため、位相検出回路１５で位相検出が行われないことから、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、切替器１３を制御してモータＭＴを電力変換回路１２に接続させる。これにより、バッテリＢに対してモータＭＴが電気的に接続される。
【００３０】
モータＭＴがバッテリＢに対して電気的に接続されている状態で電流指令信号Ｓ１が入力されると、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて、電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作を開始させる。トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング動作が開始されると、バッテリＢからの直流電力が交流電力に変換される。この交流電力は切替器１３を介してモータＭＴに供給され、これによりモータＭＴが駆動される。
【００３１】
ここで、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が大きくなると、トランジスタ２１ａ〜２１ｆのスイッチング周期の長さと、トランジスタ２１ａ〜２１ｆがオン状態である時間との比であるデューティ比が大きくなる。すると、モータＭＴに供給される平均的な電力量が増大し、これによりモータＭＴの回転数が高くなる。これに対し、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が小さくなるとデューティ比が小さくなる。すると、モータＭＴに供給される平均的な電力量が減少し、これによりモータＭＴの回転数は低くなる。このようにして、モータＭの駆動制御が行われる。
【００３２】
［充電動作］
外部電源ＰＳからの電力を用いてバッテリＢの充電を行う場合には、まずユーザが外部電源ＰＳのプラグをプラグイン・ハイブリッド車に設けられた不図示の充電用の差し込み口に介挿する。すると、外部電源ＰＳからの交流電力がプラグを介してバッテリ制御装置１に供給され、位相検出回路１５で交流電力の位相検出が行われる。位相検出回路１５の検出結果が制御回路１８のＰＷＭ制御器３５に出力されると、ＰＷＭ制御器３５は切替器１３を制御して外部電源ＰＳを電力変換回路１２に接続させる。これにより、バッテリＢに対して外部電源ＰＳが電気的に接続される。
【００３３】
外部電源ＰＳがバッテリＢに対して電気的に接続されている状態で電流指令信号Ｓ１が入力されると、制御回路１８に設けられたＰＷＭ制御器３５は、位相検出回路１５の検出結果を参照しつつ、自動電圧制御器３４から出力される制御信号に基づいて、電力変換回路１２に設けられたトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作を開始させる。尚、自動電圧制御器３４から出力される制御信号によってはスイッチング動作を開始させずに、トランジスタ２１ａ〜２１ｆをオフ状態に維持することもある。
【００３４】
ここで、説明を簡単にするために、トランジスタ２１ａ〜２１ｆの全てがオフ状態に維持されているとすると、電力変換回路１２に設けられたダイオード２２ａ〜２２ｆによって三相全波整流回路が構成される。外部電源ＰＳから供給される交流電力は、リアクトル１４を介して電力変換回路１２に入力し、三相全波整流回路を構成するダイオード２２ａ〜２２ｆによって整流され、コンデンサ１１で平滑されることにより直流電力に変換される。このようにして変換された直流電力は、バッテリＢに供給されてバッテリＢが充電される。
【００３５】
ここで、あるデューティ比でトランジスタ２１ａ〜２１ｆの各々のスイッチング動作が行われている場合について考える。かかる場合に、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が大きくなると、電力変換回路１２で交流電力から直流電力に変換される電力の量が増大し、これによりバッテリＢの充電に用いられる電力量が多くなる。これに対し、電流指令信号Ｓ１で示される電流値の値が小さくなると、電力変換回路１２で交流電力から直流電力に変換される電力の量が減少し、これによりバッテリＢの充電に用いられる電力量が少なくなる。このようにして、バッテリＢの充電制御が行われる。
【００３６】
以上の通り、本実施形態では、バッテリＢに対してモータＭＴ及び外部電源ＰＳの何れを接続するかを切り替える切替器１３と、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換と外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換とが可能な電力変換回路１２とが設けられている。そして、バッテリＢにモータＭＴが接続された場合には、制御回路１８が電力変換回路１２に直流交流変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが接続された場合には、制御回路１８が電力変換回路１２に交流直流変換をさせてバッテリＢの充電制御を行っている。
【００３７】
このように、本実施形態では、電力変換回路１２をモータＭＴの駆動制御を行う場合とバッテリＢの充電制御を行う場合とで共用することができるため、バッテリ制御装置１を小型・軽量にすることができる。また、小型・軽量のバッテリ制御装置１をプラグイン・ハイブリッド車に設けることで、プラグイン・ハイブリッド車の燃費を向上させることができる。
【００３８】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態によるバッテリ制御装置の要部構成を示す回路図である。尚、図２においては、図１に示した構成と同じ構成については、同一の符号を付してある。図２に示す通り、本実施形態のバッテリ制御装置２は、図１に示したバッテリ制御装置１にＤＣ／ＤＣコンバータ４０（降圧装置）を追加し、制御回路１８を制御回路５０に代えた構成である。電力変換回路１２は、外部電源ＰＳからの電力を用いたバッテリＢの充電を行う場合に昇圧動作しかできない。バッテリＢの仕様によってはバッテリＢに印加する電圧を低減する必要があることから、本実施形態ではＤＣ／ＤＣコンバータ４０及び制御回路５０を設け、このような仕様のバッテリＢに対応したものである。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、バッテリＢとコンデンサ１１との間に設けられており、制御回路５０の制御の下で、バッテリＢから供給される直流電力、或いはコンデンサ１１で平滑化された直流電力の電力変換を行う。このＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、コンデンサ４１、チョークコイル４２、トランジスタ４３ａ，４３ｂ、及びダイオード４４ａ，４４ｂを備えている。コンデンサ４１は、バッテリＢの正電極と負電極との間に接続されている。チョークコイル４２は、一端がコンデンサ４１の一方の電極に接続されており、他端がトランジスタ４３ａのエミッタ電極とトランジスタ４３ｂのコレクタ電極との接続点に接続されている。
【００４０】
トランジスタ４３ａ，４３ｂは、バイポーラトランジスタであり、制御回路５０によってオン状態及びオフ状態が制御される。尚、トランジスタ４３ａ，４３ｂとしてＦＥＴトランジスタを用いることも可能である。トランジスタ４３ａは、コレクタ電極がコンデンサ１１の一方の電極に接続されており、エミッタ電極がトランジスタ４３ｂのコレクタ電極に接続されている。また、トランジスタ４３ｂは、エミッタ電極がコンデンサ１１の他方の電極に接続されている。これらトランジスタ４３ａ，４３ｂのベース電極は制御回路５０に接続されている。また、ダイオード４４ａ，４４ｂは、トランジスタ４３ａ〜４３ｂのコレクタ・エミッタ間にそれぞれ接続されている。
【００４１】
トランジスタ４３ａをオフ状態にし、トランジスタ４３ｂをスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型昇圧チョークコンバータとして動作する。このため、バッテリＢの出力電圧を昇圧することができる。尚、かかる動作は、切替器１３によってモータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路５０の制御の下で行われる。
【００４２】
これに対し、トランジスタ４３ｂをオフ状態にし、トランジスタ４３ａをスイッチング動作（例えば、ＰＷＭスイッチング動作）させることにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、非絶縁型降圧チョークコンバータとして動作する。このため、コンデンサ１１に現れる電圧をバッテリＢに適した電圧に降圧することができる。尚、かかる動作は、切替器１３によって外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合に制御回路５０の制御の下で行われる。
【００４３】
制御回路５０は、図１に示す制御回路１８が備える演算器３１〜ＰＷＭ制御器３５に加えて、ＰＷＭ制御器５１を備える。但し、図１に示す制御回路１８は、自動電流制御器３２の出力端が演算器３３に接続されていたが、制御回路５０は、自動電流制御器３２の出力端がＰＷＭ制御器５１に接続され、演算器３３には外部から中間電圧指令信号Ｓ２が入力されている。つまり、制御回路５０は、バッテリＢの充放電電流の制御を電流指令信号Ｓ１を用いて行い、電力変換回路１２の電圧制御を中間電圧指令信号Ｓ２を用いて行う構成である。
【００４４】
ＰＷＭ制御器５１は、自動電流制御器３２から出力される制御信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０に設けられたトランジスタ４３ａ，４３ｂの各々をスイッチング動作（ＰＷＭスイッチング動作）させる。具体的には、モータＭＴがバッテリＢに電気的に接続されている場合には、例えばトランジスタ４３ａをオフ状態にし、トランジスタ４３ｂをスイッチング動作させる制御を行う。これに対し、外部電源ＰＳがバッテリＢに電気的に接続されている場合には、例えばトランジスタ４３ｂをオフ状態にし、トランジスタ４３ａをスイッチング動作させる制御を行う。尚、トランジスタ４３ａ，４３ｂをＰＷＭスイッチング動作させる場合のデューティ比は、電圧を昇圧させ又は降圧させる度合いに応じて制御される。
【００４５】
以上の構成におけるバッテリ制御装置２の動作は、モータＭＴの駆動制御時にバッテリＢの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ４０で昇圧され、バッテリＢの充電制御時にコンデンサ１１に現れる電圧が降圧される点を除いて、基本的には第１実施形態のバッテリ制御装置１の動作と同様である。このため、ここでは、バッテリ制御装置２の動作の詳細については省略する。
【００４６】
本実施形態においても、バッテリＢに対してモータＭＴ及び外部電源ＰＳの何れを接続するかを切り替える切替器１３と、バッテリＢからの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換と外部電源ＰＳからの交流電力を直流電力に変換する交流直流変換とが可能な電力変換回路１２とが設けられている。そして、バッテリＢにモータＭＴが接続された場合には、制御回路５０が電力変換回路１２に直流交流変換をさせてモータＭＴの駆動制御を行い、バッテリＢに外部電源ＰＳが接続された場合には、制御回路５０が電力変換回路１２に交流直流変換をさせてバッテリＢの充電制御を行っている。
【００４７】
このように、本実施形態でも、電力変換回路１２をモータＭＴの駆動制御を行う場合とバッテリＢの充電制御を行う場合とで共用することができるため、バッテリ制御装置２を小型・軽量にすることができる。また、小型・軽量のバッテリ制御装置２をプラグイン・ハイブリッド車に設けることで、プラグイン・ハイブリッド車の燃費を向上させることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態によるバッテリ制御装置及び車両について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、外部電源ＰＳが三相交流電力を供給するものであり、電力変換回路１２がバッテリＢからの直流電力を三相交流電力に変換するものである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、外部電源が単相交流電力を供給するものであって、電力変換回路がバッテリＢからの直流電力を単相交流電力に変換するものである場合にも適用可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、車両がプラグイン・ハイブリッド車である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明は、外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリと、このバッテリから供給される電力によって動力を発生する動力発生源としてのモータを備える車両一般に適用することができる。例えば、上記のプラグイン・ハイブリッド車以外に、電気自動車、電動式の重機等の車両にも本発明を適用可能である
【符号の説明】
【００５０】
１，２ バッテリ制御装置
１２ 電力変換回路
１３ 切替器
１４ リアクトル
１５ 位相検出回路
１８ 制御回路
４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５０ 制御回路
Ｂ バッテリ
ＭＴ モータ
ＰＳ 外部電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置であって、
前記バッテリに対し、モータを電気的に接続するのか、前記外部電源を電気的に接続するのかを切り替える切替部と、
前記バッテリと前記切替部との間に設けられ、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部と、
前記バッテリに前記モータが電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第１変換をさせて前記モータの駆動制御を行い、前記バッテリに前記外部電源が電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第２変換をさせて前記バッテリの充電制御を行う制御部と
を備えることを特徴とするバッテリ制御装置。
【請求項２】
前記外部電源からの交流電力の位相を検出する位相検出部を備えており、
前記制御部は、前記位相検出器の検出結果を用いて前記バッテリの充電制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ制御装置。
【請求項３】
前記外部電源からの交流電力、及び前記電力変換部で前記第１変換により変換されて前記モータに供給される交流電力は、三相交流電力であることを特徴とする請求項２記載のバッテリ制御装置。
【請求項４】
前記外部電源は、各相毎に設けられたリアクトルを介して前記電力変換部と接続されることを特徴とする請求項３記載のバッテリ制御装置。
【請求項５】
前記バッテリと前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部で前記第２変換により変換される直流電力の電圧を、前記バッテリに適した電圧に低下させる降圧装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のバッテリ制御装置。
【請求項６】
動力発生源としてのモータと、外部電源から供給される電力により充電が可能であって前記モータに電力を供給するバッテリとを備える車両であって、
前記バッテリの充放電を制御する請求項１から請求項５の何れか一項に記載のバッテリ制御装置を備えることを特徴とする車両。
【請求項１】
外部電源から供給される電力により充電が可能なバッテリの充放電を制御するバッテリ制御装置であって、
前記バッテリに対し、モータを電気的に接続するのか、前記外部電源を電気的に接続するのかを切り替える切替部と、
前記バッテリと前記切替部との間に設けられ、前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換する第１変換と、前記外部電源からの交流電力を直流電力に変換する第２変換とが可能な電力変換部と、
前記バッテリに前記モータが電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第１変換をさせて前記モータの駆動制御を行い、前記バッテリに前記外部電源が電気的に接続された場合には前記電力変換部に前記第２変換をさせて前記バッテリの充電制御を行う制御部と
を備えることを特徴とするバッテリ制御装置。
【請求項２】
前記外部電源からの交流電力の位相を検出する位相検出部を備えており、
前記制御部は、前記位相検出器の検出結果を用いて前記バッテリの充電制御を行う
ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ制御装置。
【請求項３】
前記外部電源からの交流電力、及び前記電力変換部で前記第１変換により変換されて前記モータに供給される交流電力は、三相交流電力であることを特徴とする請求項２記載のバッテリ制御装置。
【請求項４】
前記外部電源は、各相毎に設けられたリアクトルを介して前記電力変換部と接続されることを特徴とする請求項３記載のバッテリ制御装置。
【請求項５】
前記バッテリと前記電力変換部との間に設けられ、前記電力変換部で前記第２変換により変換される直流電力の電圧を、前記バッテリに適した電圧に低下させる降圧装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のバッテリ制御装置。
【請求項６】
動力発生源としてのモータと、外部電源から供給される電力により充電が可能であって前記モータに電力を供給するバッテリとを備える車両であって、
前記バッテリの充放電を制御する請求項１から請求項５の何れか一項に記載のバッテリ制御装置を備えることを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−４４７６６（Ｐ２０１２−４４７６６Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８３１９７（Ｐ２０１０−１８３１９７）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]