JP2010006093A

JP2010006093A - 電動車両

Info

Publication number: JP2010006093A
Application number: JP2008164014A
Authority: JP
Inventors: Naoto Suzuki; 直人鈴木; Shinji Ichikawa; 真士市川; Wanleng Ang; 遠齢洪; Kenji Murasato; 健次村里; Toshiaki Niwa; 俊明丹羽
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】追加バッテリ搭載を適切に示唆する。
【解決手段】モータを優先して使用するモードでの走行中における、エンジン起動回数を記憶する（Ｓ１１）。このエンジン起動の頻度が所定より高い場合（Ｓ１２，１３）に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う（Ｓ１４）。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置に関する。

従来、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の中には、商用電源からバッテリの充電が可能なものもある。

このようなハイブリッド車両において、バッテリからの電力で走行する場合には、そのバッテリの容量により走行性能が制限される。例えば、走行距離はバッテリの容量が大きいほど長くでき、またバッテリ電圧が高いほどモータ出力を大きくできる。

そこで、搭載するバッテリの数をユーザによって、選択することも提案されている。例えば、特許文献1では、ユーザの走行距離需要に応じて搭載するバッテリの数を調整可能とすることが記載されている。

特開２００４−２６２３５７号公報

ここで、バッテリの搭載数が変更できる場合には、その個数を適切なものにしたいという要求がある。

本発明は、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置であって、モータを優先して使用するモードでの走行中において、エンジン起動の頻度が所定より高い場合に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う表示手段を有することを特徴とする。

また、前記エンジン起動は、出力トルクを大きくすることに起因していることが好適である。

また、前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに直列接続すること示唆する表示を行うことが好適である。

また、前記エンジン起動は、バッテリの充電状態の低下に起因していることが好適である。

また、前記バッテリの充電状態の低下は、満充電状態からの走行中であることが好適である。

また、前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに並列接続すること示唆する表示を行うことが好適である。

本発明によれば、追加バッテリが必要な場合にその示唆の表示が行われる。従って、バッテリの個数を容易に適切な個数にできる。

図１は、電動車両の要部構成を示すブロック図である。基準バッテリ１０は、車両に標準装備として搭載されるバッテリである。この基準バッテリには、主コンバータ１２が接続されている。この主コンバータ１２は、２００〜３００Ｖ程度の基準バッテリ１０の出力電圧を、４００Ｖ程度まで昇圧する。なお、この主コンバータ１２の出力電圧は、変更することが可能になっている。

主コンバータ１２の出力側には、コンデンサ１４が接続されており、出力電圧を安定化させている。そして、コンデンサ１４が接続されている主コンバータ１２の出力がインバータ１６の入力側に接続されている。このインバータ１６は、入力されてくる直流電力を所定の交流電流に変換する。インバータ１６の出力は、モータ１８に供給され、モータ１８が駆動される。なお、この例では、モータ１８は三相の永久磁石モータであり、ｕ，ｖ，ｗの三相のモータ駆動電流がインバータ１６から出力される。

モータ１８の出力軸には、動力伝達機構２０を介し車輪が接続され、モータ１８の出力によって車輪を駆動して車両が走行する。また、動力伝達機構２０には、エンジン２２も接続されており、このエンジン２２の駆動力によって車輪を駆動できるとともに、モータ１８を発電機として駆動し、発電電力によって基準バッテリ１０を充電することもできる。さらに、車輪からの駆動力によってモータ１８を発電機として動作させる回生動作も可能になっている。

基準バッテリ１０の主コンバータ１２に至る線路には、電流計３８が配置されており、主バッテリ１０の充放電電流が計測される。電流計３８の出力はＳＯＣ検出部４０に供給され、ＳＯＣ検出部４０は、基準バッテリ１０の充放電電流から基準バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）を検出する。なお、基準バッテリ１０のＳＯＣの検出は、充放電電流の積算ではなく、それらの電圧から起電圧を測定してＳＯＣを検出するなど他の手段によってもよい。

ＳＯＣ検出部４０からの基準バッテリ１０のＳＯＣは、制御部４２に供給される。制御部４２には、アクセル踏み込み量に応じた出力トルクについての信号など各種信号が供給されており、制御部４２は供給される信号に基づいて主コンバータ１２、インバータ１６の動作を制御する。また、制御部４２には、表示部４４が接続されており、この表示部４４に各種表示が行われる。この例では、特に基準バッテリ１０とモータ１８の電力のやり取りについてのエネルギーフロー表示が行われる。また、制御部４２には、記憶部５０が接続されており、必要な走行履歴などが記憶される。例えば、電気自動車としての走行中において、エンジン２２が起動された回数などがここに記憶される。なお、車両の各種走行状態について、ナビゲーション装置などの記憶部に記憶する場合には、そのナビゲーション装置などの記憶部に走行履歴の１つとしてエンジンの起動タイミングを他の機器の状態とともに記憶しておくことも好適である。

次に、制御部４２の動作について、説明する。なお、ここでは、モータ１８により電気自動車として走行する場合についてのみ説明する。アクセル開度、走行スピードなどが制御部４２に供給されると、制御部４２はこれらの信号からモータ１８の出力トルクを決定し、モータ回転数を考慮して、インバータ１６のスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号によってインバータ１６からモータ１８に供給する電流を制御する。これによって、モータ１８の出力トルクが制御される。通常は、インバータ１６の各スイッチングトランジスタをＰＷＭ制御することによって、モータ１８への電流量制御が行われる。

さらに、本実施形態では、その時の出力トルクなどによって、インバータ１６の入力電圧を制御する。すなわち、出力トルクが大きいときには、インバータ入力電圧を高くすることで、モータ１８への印加電圧を大きくして、鉄損を少なくする。一方、出力トルクが小さいときには、インバータ入力電圧を小さくして、インバータのスイッチングトランジスタにおける損失を減少する。そこで、主コンバータ１２における動作を制御して、主コンバータ１２の出力電圧が目標とするインバータ入力電圧になるようにする。

また、本車両は、オプションとして追加バッテリが搭載可能になっている。図２には、追加バッテリ３０が追加された例が示されている。特に、追加バッテリ３０とともに、副コンバータ３６を追加している。

追加バッテリ３０は、副コンバータ３６に接続され、副コンバータ３６の出力が主コンバータ１２の出力に接続されており、主コンバータ１２の出力と、副コンバータ３６の出力がインバータ１６に供給される。なお、追加バッテリ３０の電流経路には、電流計３８が設けられており、追加バッテリ３０の充放電電流がＳＯＣ検出部４０に供給される。

このように、追加バッテリ３０は、基準バッテリ１０に対し並列に接続されている。従って、システムとしては、バッテリ容量が大きくなっており、このような追加バッテリ３０の追加形式のバッテリは容量型バッテリと呼ばれる。容量型バッテリでは、追加バッテリ３０の追加によって、連続走行可能距離が長くなる。

ここで、図２の２つのコンバータを有するシステムにおいて、主コンバータ１２は、その出力電圧を目標値に一致させるように動作する電圧制御型、副コンバータ３６は出力の電流量を制御する電流制御型として機能する。従って、主コンバータ１２によってインバータ入力電圧が決定され、モータ出力に対し、どのような割合で電力出力を分担するかが副コンバータ３６によって決定される。

特に、モータ１８の出力トルクは、その入力電力によって決定される。そこで、モータ入力電力を主コンバータ１２からの出力電力と、副コンバータ３６からの出力電力とで分配する。このため、副コンバータ３６は、その出力電流が目標値になるように、制御される。

この出力電力の分配は、制御部４２がＳＯＣ検出部４０から供給される各バッテリのＳＯＣに応じて決定する。例えば、追加バッテリ３０が副コンバータ３６に接続されている状態で、追加バッテリ３０のＳＯＣが３０％、基準バッテリ１０のＳＯＣが６０％であれば、両バッテリ１０，３０のＳＯＣが近づくように、主コンバータ１２からの電流量が副コンバータ３６からの電流量の２倍になるように副コンバータ３６を制御する。

図３には、追加バッテリ３０を基準バッテリ１０に直列接続した例を示してある。このように構成すると、バッテリ出力電圧が高くなり、高い電圧での電流能力が向上する。従って、モータ１８の出力トルクを大きくできる。

この図３の構成では、主コンバータ１２への入力電圧が高くなる以外は、図１の構成と同一である。制御部４２では、モータ１８の出力トルクに応じて、主コンバータ１２の出力をより高く設定することができる。

次に、図４には、追加バッテリ３０，３２、副コンバータ３６を追加するとともに、スイッチ４６，４８を追加した構成を示してある。スイッチ４６は、主コンバータ１２の負側出力をインバータ１６の負側母線と接続するか否かを切り換える。また、スイッチ４８は、副コンバータ３６の正側出力を、主コンバータ１２の正側出力と接続するか、主コンバータ１２の負側出力と接続するかを切り換える。図４に破線で示したように、スイッチ４６において、主コンバータ１２の負側出力をインバータ１６の負側母線と接続し、スイッチ４８において副コンバータ３６の正側出力を主コンバータ１２の正側出力に接続した場合には、図２に示した構成と同様の構成となり、基準バッテリ１０と追加バッテリ３０を容量型バッテリとして利用できる。一方、図４に実線で示したように、スイッチ４６において、主コンバータ１２の負側出力をインバータ１６の負側母線から切り離し、スイッチ４８において副コンバータ３６の正側出力を主コンバータ１２の負側出力に接続した場合には、主コンバータ１２の出力と副コンバータ３６の出力を直列してインバータ１６の正側母線と負側母線に接続することになり、基準バッテリ１０と追加バッテリ３０を出力型バッテリとして利用できる。

このように、図４の構成においては、追加バッテリ３０，３２を基準バッテリ１０に追加して、容量型として利用することも、出力型として使用することも可能である。なお、容量型は、出力型に比べてエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）が高く、出力型は容量型に比べて出力密度（Ｗ／ｋｇ）が高いバッテリである。

さらに、図４の構成では、追加バッテリ３０に加えて、追加バッテリ３２を有しており、スイッチ３４によって追加バッテリ３０，３２を切り換えて副コンバータ３６に接続することができる。従って、追加バッテリ３０が放電しきった場合に、追加バッテリ３２を追加使用することができる。なお、この追加バッテリ３０，３２を直列接続することも可能である。

このように、追加バッテリ３０，３２を追加することも可能であるが、この追加バッテリ３０，３２の必要性については、車両の購入時には必ずしもわからない場合も多い。そのため、車両の購入時においては、標準バッテリ１０のみが搭載されている場合も多い。一方、実際の走行において、追加バッテリ３０，３２の必要性を検出できる。本実施形態おいては、実際の走行において、追加バッテリ３０，３２が必要か否かを判定し、必要と判定された場合にそれを示唆する表示を行う。

図５には、制御部４２における追加バッテリの追加示唆についての処理のフローチャートが示されている。まず、バッテリ１０からの電力を優先して使用するＥＶ走行における走行状態を記憶していく（Ｓ１１）。ここで、ＥＶ走行では、通常はバッテリ１０からの電力でモータ１８を駆動して走行し、エンジン２２は駆動しない。しかし、アクセルが大きく踏み込こまれ、モータ出力トルク以上の出力トルクが要求された場合には、エンジン２２を駆動して、トルクをアシストする。このために、ＥＶ走行であってもエンジン２２が起動される。Ｓ１１では、この出力増大のためのエンジン起動回数を記憶する。

そして、ＥＶ走行が所定距離以上かを判定し（Ｓ１２）、所定以上となった場合には、Ｓ１１において記憶されている出力増大のためのエンジン起動回数が所定以上であるかを判定する（Ｓ１３）。例えば、１００ｋｍの走行において、起動回数が５回以上かなどの判定を行う。なお、車両を走行可能とするキースイッチのオン（通常、イグニッションスイッチのオンという）からオフまでを１トリップと定義し、１０トリップにおいて、５回以上のエンジン起動などを所定値とすることも好適である。ユーザにおいて、エンジン起動頻度が多すぎると考える頻度を判定できれば、他の判断基準でも良い。

Ｓ１３の判定で、Ｙｅｓであれば、追加バッテリを直列接続することの示唆を表示部４４に表示する（Ｓ１４）。ここで、出力増大のためのエンジン起動回数が多いということは、バッテリの追加の目的はモータ出力の増大である。そこで、このＳ１４においては、追加バッテリを直列に接続することを示唆する表示がなされる。

図６には、制御部４２における追加バッテリの追加示唆についての処理の他の例についてのフローチャートが示されている。この例では、Ｓ２１において、ＥＶ走行状態が記憶されるが、この場合（ｉｉ）バッテリ１０の充電状態（ＳＯＣ）が下限値（例えば、２０％）に至った場合におけるエンジン起動回数が記憶される。すなわち、バッテリ１０のＳＯＣが下限値に達した場合には、エンジン２２を駆動して、バッテリ１０を充電するので、このＳＯＣ低下によるエンジン起動回数が記憶される。なお、ＥＶ走行であっても、元々ＳＯＣが低い状態から走行を開始した場合には、エンジン２２が起動されてもカウントしないようにして、（ｉｉ）は、満充電からＥＶ走行してＳＯＣが下限値に至ったときの回数のみをカウントすることが望ましい。

そして、ＥＶ走行が所定距離以上かを判定し（Ｓ２２）、所定以上となった場合には、Ｓ２１において記憶されたＳＯＣ低下に起因する起動回数が所定以上であるかを判定する（Ｓ２３）。例えば、１００ｋｍの走行において、起動回数が５回以上かなどの判定を行う。なお、満充電からの通常ＥＶ走行可能距離が２０ｋｍ程度であれば、２００ｋｍ程度の走行で、３回以上程度とするのも好適である。さらに、上述の場合と同様に、車両を走行可能とするキースイッチのオン（通常、イグニッションスイッチのオンという）からオフまでを１トリップと定義し、１０トリップにおいて、５回以上のエンジン起動などを所定値とすることも好適である。ユーザにおいて、エンジン起動頻度が多すぎると考える頻度を判定できれば、他の判断基準でも良い。

Ｓ２３の判定で、Ｙｅｓであれば、追加バッテリを並列接続することの示唆を表示部４４に表示する（Ｓ２４）。ここで、ＳＯＣ低下に起因するエンジン起動回数が多いということは、バッテリの追加の目的は、バッテリ満充電時における走行可能距離の増大である。そこで、このＳ２４においては、追加バッテリを並列に接続することを示唆する表示がなされる。

このように、バッテリ追加についての示唆が表示されることで、ユーザは追加バッテリによって現状の問題を解決できることを容易に知ることができ、ディーラにいって必要なバッテリの追加を行うことができる。

また、上述の図５、図６の処理は、並列して行うことが好適である。さらに、ｓ１４，２４の画面が表示された場合には、その画面を簡単に表示できボタンなどを追加しておき、ディーラにおいて、そのボタンによって、どのような示唆が行われたかを容易に示せるようにすることも好適である。

ここで、図７には、主コンバータ１２、インバータ１６の内部構成が示されている。主コンバータ１２は、コイルＬ、トランジスタＴ１１，Ｔ１２、ダイオードＤ１１，Ｄ１２からなっている。基準バッテリ１０の正極にはコイルＬの一端が接続され、その他端は、トランジスタＴ１１とトランジスタＴ１２の中間に接続されている。この例ではトランジスタＴ１１，Ｔ１２はｎ型のＩＧＢＴである。また、トランジスタＴ１１，Ｔ１２には、これらに並列にダイオードＤ１１，Ｄ１２がそれぞれ接続されている。トランジスタＴ１１のコレクタは、インバータ１６の正側母線に接続され、エミッタがトランジスタＴ１２のコレクタに接続されている。トランジスタＴ１２のエミッタは基準バッテリ１０の負極に接続されている。また、ダイオードＤ１１，Ｄ１２は、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のエミッタ側からコレクタ側への電流を流す。

このような主コンバータ１２において、トランジスタＴ１２をオンした状態からオフすることで、コイルＬに保持されたエネルギーによってダイオードＤ１１を介し大きな電流が流れ昇圧された電圧がインバータ１６の正側母線に得られる。また、トランジスタＴ１１をオンすることで、インバータ１６の正側母線側から基準バッテリ１０に向けて電流を流すこともでき、トランジスタＴ１１，Ｔ１２のデューティー比を制御することで、インバータ１６の正側母線の電圧を任意に制御することができる。なお、副コンバータ３６も主コンバータ１２と同一の構成を有している。

また、インバータ１６は、正側母線と負側母線の間に、トランジスタＴ１，Ｔ２、トランジスタＴ３，Ｔ４、トランジスタＴ５，Ｔ６の直列接続が配置されている。なお、このトランジスタＴ１〜Ｔ６もｎ型のＩＧＢＴで、それぞれエミッタからコレクタに向けてダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。そして、トランジスタＴ１，Ｔ２、トランジスタＴ３，Ｔ４、トランジスタＴ５，Ｔ６の各トランジスタ間の中間点がモータ１８のｕ，ｖ，ｗ相への出力となっている。従って、トランジスタＴ１〜Ｔ６のオンオフを制御することで、モータ駆動電流を出力することができ、またモータ１８からの電力を回収することができる。

なお、本出願において、バッテリの個数は、主バッテリ１０、追加バッテリ３０，３２などのバッテリパックを単位にしている。また、制御部４２、表示部４４は、ナビゲーション装置のＥＣＵ、表示部などと共有することが好適である。

また、上述の例では、基準バッテリ１０に、追加バッテリ３０，３２を追加して、容量型バッテリや、出力型バッテリを構成した。しかし、基準バッテリ１０に代えて、基準バッテリ１０よりもエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）の高い容量型バッテリを搭載したり、出力密度（Ｗ／ｋｇ）の高い出力型バッテリを搭載することも可能であり、この場合にも表示を上述のようにすることで同様の効果が得られる。

全体構成を示すブロック図である。追加バッテリを並列接続する構成を示すブロック図である。追加バッテリを直列接続する構成を示すブロック図である。追加バッテリを並列または直列接続する構成を示すブロック図である。出力増加に起因する追加バッテリの示唆の処理を示すフローチャートである。ＳＯＣ低下に起因する追加バッテリの示唆の処理を示すフローチャートである。主コンバータおよびインバータの詳細を示す図である。

符号の説明

１０基準バッテリ、１２主コンバータ、１４コンデンサ、１６インバータ、１８モータ、２０動力伝達機構、２２エンジン、３０，３２追加バッテリ、３４スイッチ、３６副コンバータ、３８電流計、４０ＳＯＣ検出部、４２制御部、４４表示部。

Claims

モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置であって、
モータを優先して使用するモードでの走行中において、エンジン起動の頻度が所定より高い場合に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う表示手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
請求項１に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記エンジン起動は、出力トルクを大きくすることに起因していることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
請求項２に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに直列接続すること示唆する表示を行うことを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
請求項１に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記エンジン起動は、バッテリの充電状態の低下に起因していることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
前記バッテリの充電状態の低下は、満充電状態からの走行中であることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
請求項４または５に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに並列接続すること示唆する表示を行うことを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。