JP2007228753A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】補機バッテリの充電量低下を抑制しつつ、太陽電池を使用してメインバッテリを充電可能な電動車両を提供する。
【解決手段】電動車両１００は、車両駆動用の電動機１０を駆動するための高圧バッテリ４２と、太陽電池２４と、太陽電池２４で発電された電力を高圧バッテリ４２に供給する充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、高圧バッテリ４２への充電制御を充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対して行なう充電制御ＥＣＵ３８と、太陽電池２４で発電された電力の一部を受けて充電制御ＥＣＵ３８に供給する電源電圧を発生する低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動車両に関し、特に太陽電池と蓄電池とを搭載する電動車両に関する。

従来の電動車両に関し、特開平５−１１１１１２号公報（特許文献１）は、走行用電動機を駆動するための主バッテリと、補機類を駆動するための補機用バッテリと、各バッテリを充電するための太陽電池と、太陽電池と各バッテリとを選択的に接続する切替えスイッチと、太陽電池をその出力電力が最大となる動作点で作動させる作動制御手段と、太陽電池の出力電力の大小に応じて主バッテリ及び補機用バッテリを選択的に充電すべく切替えスイッチを制御する充電制御手段とを備える電気走行車を開示する。
特開平５−１１１１１２号公報 特開平１１−１７８２２８号公報 特開平６−７８４７３号公報 特開２００５−２８２４２８号公報 特開平５−２４４７３２号公報

太陽電池を搭載し、メインバッテリに充電を行なう場合、日射量やバッテリの状態を監視する必要がある。このような監視回路に対しては安定な１２ボルト系の電源電圧を供給する必要があり、車両では安定な補機バッテリから供給されることが多い。上記特開平５−１１１１１２号公報（特許文献１）には、監視回路に対する電源供給については記載されていない。

しかしながら、メインバッテリを充電する際に日射量の監視等を行なうために補機バッテリの電力を消費すると、メインバッテリは充電されても補機バッテリの充電量は低下してしまうという問題がある。

この発明の目的は、補機バッテリの充電量低下を抑制しつつ、太陽電池を使用してメインバッテリを充電可能な電動車両を提供することである。

この発明は、要約すると、電動車両であって、車両駆動用の電動機を駆動するためのメインバッテリと、太陽電池と、太陽電池で発電された電力をメインバッテリに供給する第１の電圧変換部と、メインバッテリへの充電制御を第１の電圧変換部に対して行なう制御部と、太陽電池で発電された電力の一部を受けて制御部に供給する電源電圧を発生する第２の電圧変換部とを備える。

これにより、メインバッテリ充電時に補機バッテリの電力を消費しないため、補機バッテリの充電量低下を抑制することができる。さらに、太陽電池は移動体に搭載することができるため、商用電源のように場所を特定されることなくバッテリの充電を行なうことができるとともに、直流電源であるため、交流から直流への変換を行なうことなくバッテリへの電力供給を行なうことができる。

好ましくは、電動車両は、メインバッテリと電動機とを結ぶ電源供給経路上に設けられるメインリレーをさらに備える。制御部は、電動機を使用しない場合に太陽電池の電力を用いてメインバッテリに充電を行なうときには、メインリレーを開放状態に制御する。

これにより、太陽電池による充電時にシステムメインリレーを遮断することにより、駆動パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）等の充電に関係しない補機による電力消費を低減することができる。

好ましくは、電動車両は、太陽電池とメインバッテリとを結ぶ充電電流供給経路上に設けられる充電用リレーをさらに備える。制御部は、太陽電池の電力を用いてメインバッテリに充電を行なう場合には、充電用リレーを接続状態に制御する。

より好ましくは、制御部は、メインバッテリ、第１の電圧変換部、太陽電池の少なくともいずれか１つに異常が発生したときには充電用リレーを開放状態に制御する。

好ましくは、電動車両は、メインバッテリと第１の電圧変換部とを収容する筐体をさらに備える。太陽電池は、筐体の外に設置される。

これにより、高電圧部位と低電圧部位とを隔離することで安全性を高めることができる。

好ましくは、電動車両は、補機負荷に電源電圧を供給するサブバッテリと、メインバッテリの状態を監視する監視ユニットとをさらに備える。監視ユニットは、太陽電池の電力を用いてメインバッテリに充電を行なう場合には、第１の電圧変換部から電源電圧の供給を受け、第１の電圧変換部の停止中はサブバッテリから電源電圧の供給を受ける。

より好ましくは、第２の電圧変換部は、サブバッテリの電圧と略同じ電圧を発生する。
より好ましくは、電動車両は、メインバッテリの電圧を変換してサブバッテリおよび補機負荷に供給する第３の電圧変換部をさらに備える。

さらに好ましくは、監視ユニットは、第３の電圧変換部で変換された電源電圧を受け、電動車両は、メインバッテリと電動機とを結ぶ電源供給経路上に設けられるメインリレーと、メインバッテリとメインリレーと第１、第２の電圧変換部と監視ユニットとを収容する筐体とをさらに備える。太陽電池は、筐体の外に設置される。

好ましくは、太陽電池は、車両に搭載されており移動可能である。

本発明によれば、太陽電池を使用してメインバッテリを充電する際に、補機バッテリの充電量低下を抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお図中同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本願実施の形態の太陽電池充電システムを搭載した電動車両１００の構成を示したブロック図である。なお、本願実施の形態の太陽電池充電システムは、電気自動車に限らず、燃料と電気を併用し動力源としてエンジンとモータとを搭載するハイブリッド自動車や、燃料電池自動車等の電動車両にも適用することが可能である。

図１を参照して、電動車両１００は、車両駆動用のモータ１０を駆動するための高圧バッテリ４２と、太陽電池２４と、太陽電池２４で発電された電力を高圧バッテリ４２に供給する充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、高圧バッテリ４２への充電制御を充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に対して行なう充電制御ＥＣＵ３８と、太陽電池２４で発電された電力の一部を受けて充電制御ＥＣＵ３８に供給する電源電圧を発生する低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４とを含む。太陽電池２４は、車両に搭載されており移動可能である。太陽電池２４は、フューズ２２および逆流防止ダイオード３２を介して充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６および低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４に接続される。

日射量が少ないと、低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４が低圧電源電圧を発生しないので、充電制御ＥＣＵ３８が動作せず充電動作は停止される。一方、日射量が多いと低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４が低圧電源電圧を発生し、充電制御ＥＣＵ３８が動作するので充電動作は自動的に充電動作が開始される。

充電制御ＥＣＵ３８は、太陽電池２４で発電された電力で動作する。たとえば、電動車両１００がハイブリッド車両であった場合に、エンジンが停止してオルタネータによって低圧バッテリ１８（１２Ｖの補機バッテリとも称される）が充電されない駐車時においても、充電制御ＥＣＵ３８等の稼動によって低圧バッテリ１８があがってしまうのを避けることができる。また、長期間暗い車庫中で車両を保管していた場合などでも、充電動作の制御に１２Ｖ系の低圧バッテリ１８の電力が使用されないので、低圧バッテリ１８のバッテリあがりとなる可能性を低減することができる。

電動車両１００は、さらに、高圧バッテリ４２とモータ１０とを結ぶ電源供給経路上に設けられるシステムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４とを含む。つまり、システムメインリレーＲＹ１は高圧バッテリ４２側の電源ラインＰＬ１とパワーコントロールユニット１２側の電源ラインＰＬ２との間に設けられる。また、システムメインリレーＲＹ１は高圧バッテリ４２側の接地ラインＳＬ１とパワーコントロールユニット１２側の接地ラインＳＬ２との間に設けられる。

充電制御ＥＣＵ３８は、モータ１０を使用しない場合に太陽電池２４の電力を用いて高圧バッテリ４２に充電を行なうときには、システムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２を開放状態に制御する。このようにすることで、たとえば駐車場に車両を駐車している際に、高圧電源負荷とそれを監視する低圧電源負荷を電源オフ状態として、不要な消費電力を削減することが可能となる。このオフ状態とする高圧電源負荷は、たとえばモータ１０を駆動するインバータや昇圧コンバータ等を含むパワーコントロールユニット１２やＤＣ／ＤＣコンバータ１４である。また、このオフ状態とする低圧電源負荷は、これらの高圧電源負荷の異常を監視するモータ制御ＥＣＵ１５の一部の機能や、補機負荷１６等である。

電動車両１００は、さらに、太陽電池２４とメインバッテリである高圧バッテリ４２とを結ぶ充電電流供給経路上に設けられる充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を含む。つまり、充電用リレーＲＹ１１は高圧バッテリ４２側の電源ラインと充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６側の電源ラインとの間に設けられる。また、充電用リレーＲＹ１２は高圧バッテリ４２側の接地ラインと充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６側の接地ラインとの間に設けられる。

充電制御ＥＣＵ３８は、太陽電池２４の電力を用いて高圧バッテリ４２に充電を行なう場合には、充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を接続状態に制御する。

システムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２を充電用のリレーに兼用して使用する場合、パワーコントロールユニットにも高電圧が印加されるため、異常動作防止のためパワーコントロールユニットの異常検出とフェールセーフ機能を動作させる必要がある。するとその分パワーコントロールユニット１２やモータ制御ＥＣＵ１５等の消費電力が増加して、充電する電力が減少してしまう。

電動車両１００は、さらに、補機負荷に電源電圧を供給する低圧バッテリ１８と、高圧バッテリ４２の状態を監視する監視ユニット４０とを含む。

充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２をシステムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２と別に設け、充電専用とすることで、充電電力の減少を防止できる。すなわち、駐車中に太陽電池から高圧バッテリ４２に充電する際に、充電に必要な最低限の機能つまり充電制御ＥＣＵ３８および監視ユニット４０による充電制御と充電制御に関する異常検出およびフェールセーフ機能とを動作させる。これにより、システムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２で切離される部分の消費電力を低減し限られた太陽エネルギーを効率的に充電することができる。

充電制御に関する異常検出およびフェールセーフ機能として、充電制御ＥＣＵ３８は、高圧バッテリ４２、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６、太陽電池２４の少なくともいずれか１つに異常が発生したときには充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を開放状態に制御する。高圧バッテリ４２の過充電は避ける必要がある。このため、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止させるだけではなく、充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２も併用して充電経路を遮断することで、確実に充電を停止できる。

監視ユニット４０は、太陽電池２４の電力を用いて高圧バッテリ４２に充電を行なう場合には、低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４から電源電圧の供給を受け、低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４の停止中は低圧バッテリ１８から電源電圧の供給を受ける。低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４は、低圧バッテリ１８の電圧１２Ｖと略同じ電圧を発生する。

２系統の電源から電源電流の供給を受けるために、監視ユニット４０は電源端子にダイオード４４，４６が接続される。ダイオード４４，４６により、ＯＲ回路が構成される。つまり、２系統の電源のいずれか一方が活性であれば、監視ユニット４０は電源供給され動作可能となる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４は、高圧バッテリ４２の電圧を変換して低圧バッテリ１８および補機負荷１６に供給する。監視ユニット４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４で変換された電源電圧リレーＲＹ３を介して受ける。

電動車両１００は、さらに、高圧バッテリ４２とシステムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２と充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４と監視ユニット４０とを収容する筐体２０を含む。太陽電池２４は、筐体２０の外に設置される。

つまり、高圧バッテリ４２と充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６、充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を同一の筐体２０に納めると、充電に関する高電圧配線は筐体内部で接続される。そうすれば、筐体２０から外部に向けて接続される高電圧配線は電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬ２の２本のみであり、この部分にシステムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２を設けておけば筐体２０から外部に向かう高電圧配線の出口にはリレーが設けられ車両駐車時や事故発生時に異常な大電流が流れるのを防止することができる。筐体２０が外部に接続される他の配線、たとえば太陽電池２４からの配線や、リレーＲＹ３からの電源ラインＰＬ３は、いずれも４２Ｖ以下の低圧であるので、筐体２０の内部にリレーを設けなくても良い。

図２は、図１のモータ制御ＥＣＵ１５で実行されるリレー制御プログラムの制御構造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、一定期間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１、図２を参照して、まずステップＳ１において、モータ制御ＥＣＵ１５は、信号ＩＧを観測して、運転者がイグニッションキースイッチをオン状態に設定しているか否かを判断する。イグニッションキースイッチがオン状態であれば、ステップＳ２に処理が進み、イグニッションキースイッチがオフ状態であればステップＳ４に処理が進む。

ステップＳ２では、モータ制御ＥＣＵ１５は、システムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２を導通させて高圧バッテリ４２をパワーコントロールユニット１２に接続する。そしてステップＳ３において、リレーＲＹ３を導通させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４で発生させた１２Ｖを監視ユニット４０に供給する。

一方、ステップＳ４では、モータ制御ＥＣＵ１５は、システムメインリレーＲＹ１，ＲＹ２を非導通に制御し、パワーコントロールユニット１２から高圧バッテリ４２を切離す。そしてステップＳ５において、リレーＲＹ３を非導通に制御し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４と監視ユニット４０とを切離すとともにＤＣ／ＤＣコンバータ１４の動作を停止させる。

ステップＳ３またはステップＳ５の処理が終了すると、ステップＳ６において制御はメインルーチンに移される。

図３は、図１の充電制御ＥＣＵ３８で実行されるリレー制御プログラムの制御構造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、一定期間ごとまたは所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１、図３を参照して、まずステップＳ１１において、充電制御ＥＣＵ３８は、太陽電池２４の発電量が所定値Ｐ０を超えているか否かを判断する。所定値Ｐ０は、太陽電池２４が充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動して高圧バッテリ４２に充電を行なうのに十分な発電量である。たとえば、低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ３４が十分な電源電圧を電源ラインＰＬ４に送り出している場合には、発電量が所定値Ｐ０を超えると充電制御ＥＣＵ３８が判断する。なお、他にも、発電量を電圧と電流でモニタするような構成や、太陽電池２４と別途に日射量を測定するような構成を採用しても良い。

ステップＳ１１において、太陽電池の発電量がＰ０を超える場合にはステップＳ１２に処理が進み、超えない場合にはステップＳ１５に処理が進む。

ステップＳ１２では、高圧バッテリ４２に異常があるか否かが判断される。充電制御ＥＣＵ３８は、監視ユニット４０から送信されてくる情報に基づいてこの判断を行なう。たとえば、高圧バッテリ４２が満充電でありこれ以上充電すると過充電になってしまう場合や、高圧バッテリ４２の温度が所定のしきい値以上に上昇してしまった場合や、高圧バッテリ４２のバッテリセルの電圧バラツキが所定値より大きくなった場合等において、充電制御ＥＣＵ３８は、高圧バッテリ４２に異常があると判断する。

ステップＳ１２において、高圧バッテリ４２に異常がない場合にはステップＳ１３に処理が進み、異常がある場合にはステップＳ１５に処理が進む。

ステップＳ１３では、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に異常があるか否かが判断される。充電制御ＥＣＵ３８は、たとえば、モニタしている充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の電圧や電流が、充電制御ＥＣＵ３８からの制御信号に従わない場合に充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に異常があると判断する。たとえば、充電制御ＥＣＵ３８からの制御信号により充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を停止させたはずであるのにも拘わらず、充電制御ＥＣＵ３８から高圧バッテリ４２に対して充電電流が流れ続ける場合には異常と判断される。

ステップＳ１３において、充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に異常がない場合にはステップＳ１４に処理が進み、異常がある場合にはステップＳ１５に処理が進む。

ステップＳ１４では、充電可能な状態にするため充電制御ＥＣＵ３８は充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を導通させる。一方、ステップＳ１５では、充電を停止させるため、充電制御ＥＣＵ３８は充電用リレーＲＹ１１，ＲＹ１２を非導通状態に制御する。

ステップＳ１４またはステップＳ１５の処理が終了すると、ステップＳ１６において制御はメインルーチンに移される。

以上説明したように、充電用の専用のリレーを設け、システムメインリレーと別々の条件で制御を行なうことにより、充電時には必要最低限の構成に通電されるようにすることができ、限られた太陽電池の発電電力を効率的に充電することができる。また、充電動作用に１２Ｖ系バッテリの電力を使用しないので、たとえば、暗い車庫中に長期間駐車して放置していた場合などに、１２Ｖ系のバッテリ上がりの可能性を低減させることができる。

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。

本願実施の形態の太陽電池充電システムを搭載した電動車両１００の構成を示したブロック図である。 図１のモータ制御ＥＣＵ１５で実行されるリレー制御プログラムの制御構造を示すフローチャートである。 図１の充電制御ＥＣＵ３８で実行されるリレー制御プログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ モータ、１２ パワーコントロールユニット、１４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５ モータ制御ＥＣＵ、１６ 補機負荷、１８ 低圧バッテリ、２０ 筐体、２２ フューズ、２４ 太陽電池、３２ 逆流防止ダイオード、３４ 低圧電源用ＤＣ／ＤＣコンバータ、３６ 充電用ＤＣ／ＤＣコンバータ、３８ 充電制御ＥＣＵ、４０ 監視ユニット、４２ 高圧バッテリ、４４，４６ ダイオード、１００ 電動車両、ＰＬ１〜ＰＬ４ 電源ライン、ＲＹ１，ＲＹ２ システムメインリレー、ＲＹ３ リレー、ＲＹ１１，ＲＹ１２ 充電用リレー、ＳＬ１，ＳＬ２ 接地ライン。

Claims (10)

1. 車両駆動用の電動機を駆動するためのメインバッテリと、
   太陽電池と、
   前記太陽電池で発電された電力を前記メインバッテリに供給する第１の電圧変換部と、
   前記メインバッテリへの充電制御を前記第１の電圧変換部に対して行なう制御部と、
   前記太陽電池で発電された電力の一部を受けて前記制御部に供給する電源電圧を発生する第２の電圧変換部とを備える、電動車両。
2. 前記メインバッテリと前記電動機とを結ぶ電源供給経路上に設けられるメインリレーをさらに備え、
   前記制御部は、前記電動機を使用しない場合に前記太陽電池の電力を用いて前記メインバッテリに充電を行なうときには、前記メインリレーを開放状態に制御する、請求項１に記載の電動車両。
3. 前記太陽電池と前記メインバッテリとを結ぶ充電電流供給経路上に設けられる充電用リレーをさらに備え、
   前記制御部は、前記太陽電池の電力を用いて前記メインバッテリに充電を行なう場合には、前記充電用リレーを接続状態に制御する、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記制御部は、前記メインバッテリ、前記第１の電圧変換部、前記太陽電池の少なくともいずれか１つに異常が発生したときには前記充電用リレーを開放状態に制御する、請求項３に記載の電動車両。
5. 前記メインバッテリと前記第１の電圧変換部とを収容する筐体をさらに備え、
   前記太陽電池は、前記筐体の外に設置される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動車両。
6. 補機負荷に電源電圧を供給するサブバッテリと、
   前記メインバッテリの状態を監視する監視ユニットとをさらに備え、
   前記監視ユニットは、前記太陽電池の電力を用いて前記メインバッテリに充電を行なう場合には、前記第１の電圧変換部から電源電圧の供給を受け、前記第１の電圧変換部の停止中は前記サブバッテリから電源電圧の供給を受ける、請求項１に記載の電動車両。
7. 前記第２の電圧変換部は、前記サブバッテリの電圧と略同じ電圧を発生する、請求項６に記載の電動車両。
8. 前記メインバッテリの電圧を変換して前記サブバッテリおよび前記補機負荷に供給する第３の電圧変換部をさらに備える、請求項６に記載の電動車両。
9. 前記監視ユニットは、前記第３の電圧変換部で変換された電源電圧を受け、
   前記電動車両は、
   前記メインバッテリと前記電動機とを結ぶ電源供給経路上に設けられるメインリレーと、
   前記メインバッテリと前記メインリレーと前記第１、第２の電圧変換部と前記監視ユニットとを収容する筐体とをさらに備え、
   前記太陽電池は、前記筐体の外に設置される、請求項８に記載の電動車両。
10. 前記太陽電池は、車両に搭載されており移動可能である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動車両。

Images