JP2010011522A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】追加バッテリ搭載時のＳＯＣ表示を好適なものにする。
【解決手段】複数の並列接続されたバッテリ１０，３０からインバータ１６を介して走行用のモータ１８に電力を供給する。この複数のバッテリ１０，３０の各々の充電状態をＳＯＣ検出部４０によって検出する。制御部４２は、複数のバッテリが並列接続された状態で同時に充放電しつつ、各バッテリ間の充電状態のバラツキを許容して充放電を制御する。表示部は、複数のバッテリ１０，３０の合計である全体充電状態を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用モータをバッテリからの電力により駆動して走行する電動車両、特にバッテリの表示に関する。

従来、バッテリおよび走行用モータを搭載し、走行用モータによって走行する電動車両が知られており、有害ガスを排出しないなどの利点があるため、広く採用されるようになっている。このような電動車両としては、走行用モータの駆動力のみを利用する電気自動車の他、エンジンも搭載しエンジンの駆動力も利用するハイブリッド車がある。ここで、ハイブリッド車においても商用電源からバッテリの充電が可能であり、エンジンを駆動せずに電気自動車としての走行が可能なものもある。

このような電動車両において、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。車両に搭載するバッテリの充電状態の表示についても、特許文献2〜５のような各種の提案がある。

特開２００４−２６２３５７号公報 特開平０５−３３８４４４号公報 特開平０５-６８３０６号公報 特開平０９−２９８８０５号公報 特開平１０-２８３０２号公報

バッテリの搭載数が変化した場合、ユーザがその変化のバッテリ容量などに対する寄与をわかりやすく認識できることが望まれる。

本発明は、走行用モータをバッテリからの電力により駆動して走行する電動車両であって、インバータを介して前記走行用モータに電力を供給する、並列接続された複数のバッテリと、この複数のバッテリの各々の充電状態を検出する充電状態検出部と、複数のバッテリが並列接続された状態で同時に充放電しつつ、各バッテリ間の充電状態のバラツキを許容して充放電を制御する充放電制御部と、バッテリの充電状態を表示する表示部と、を含み、前記表示部は、複数のバッテリの合計である全体の充電状態を表示することを特徴とする。

また、前記複数のバッテリの１つは、車両に必ず搭載されている主バッテリであり、他の１つは追加して搭載される追加バッテリであり、前記表示部は、複数のバッテリの合計である全体充電状態と、追加バッテリの充電状態を表示することが好適である。

本発明によれば、追加バッテリを追加した場合においても、バッテリ全体についてのＳＯＣを容易に認識でき、効率的な表示が行える。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、電動車両の要部構成を示すブロック図である。主バッテリ１０は、車両に標準装備として搭載されるバッテリである。この主バッテリには、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程度の主バッテリ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、ここの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の一対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の三相のモータコイルを有し、モータ駆動電流がインバータ１６から供給されて駆動される。

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、発電電力によって主バッテリ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。

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。この例では、追加バッテリ３０，３２の２つが追加搭載されている。これら２つの追加バッテリ３０，３２は、スイッチ３４によりいずれか一方が副コンバータ３６に接続されるようになっている。副コンバータ３６の一対の出力は主コンバータ１２の一対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の出力が並列してインバータ１６に供給される。

ここで、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として機能し、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。

主バッテリ１０の主コンバータ１２に至る線路、および追加バッテリ３０，３２の副コンバータ３６に至る線路には、電流計３８がそれぞれ配置されており、各バッテリ１０，３０，３２の充放電電流が３つの電流計３８によってそれぞれ計測される。３つの電流計３８の出力はＳＯＣ検出部４０に供給され、ＳＯＣ検出部４０は、各バッテリ１０，３０，３２の充放電電流から各バッテリ１０，３０，３２の充電状態（ＳＯＣ）を検出する。なお、各バッテリ１０，３０，３２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からの各バッテリ１０，３０，３２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、副コンバータ３６、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、特に各バッテリ１０，３０，３２のＳＯＣについての表示が行われる。

ここで、本実施形態の制御部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。

一方、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、制御する。

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％、主バッテリ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。

なお、本実施形態では、追加バッテリ３０，３２を切り換えて使えるようになっている。例えば、追加バッテリ３０を先に副コンバータ３６に接続して使用し、追加バッテリ３０について使い切った場合に、スイッチ３４によって追加バッテリ３２を副コンバータ３６に接続する。従って、本実施形態の場合には、追加バッテリ３０，３２の２つがあることを前提として、副コンバータ３６からの出力を制御するとよい。

例えば、主バッテリ１０と、追加バッテリ３０の２つしかない場合、制御部４２は両バッテリ１０，３０のＳＯＣがほぼ一定になるように制御するが、モータ１８の駆動を目標通りになすことが第１の目的であり、ＳＯＣが一致することが目的ではない。従って、両バッテリ１０，３０のＳＯＣはある程度ばらつくことになる。また、追加バッテリ３０，３２の２つを搭載している場合には、主バッテリ１０のＳＯＣと、追加バッテリ３０，３２のＳＯＣは、かなり異なった値となる。

図２には、主バッテリ１０のみが利用されている場合における表示部４４におけるＳＯＣ表示Ａが示されている。図２の右側が表示であり、４つのバーにより、ＳＯＣが視覚的に表示されている。この例では、３つのバーが充電状態、１つのバーが放電状態であり、ＳＯＣは約７５％であることを示している。なお、ＳＯＣの表示は、この形態に限定されることなく、円グラフや棒グラフなどの表示でも良い。

図３には、追加バッテリ３０を搭載した場合の表示が示されている。ここで、追加バッテリ３０のＳＯＣ表示Ｂは、追加バッテリ３０のＳＯＣの表示とするが、主バッテリ１０についてのＳＯＣ表示Ａは、主バッテリ１０と追加バッテリ３０を合計した全体のＳＯＣとする。例えば、主バッテリ１０の容量が１００、追加バッテリの容量が５０であった場合に、主バッテリのＳＯＣが６０％、追加バッテリ３０のＳＯＣが４０％であれば、全体としての残存容量は６０＋２０＝８０であり、ＳＯＣ＝８０／１５０×１００＝５３．３％となり、これが表示される。

このように、本実施形態では、追加バッテリ３０を追加した場合に、主バッテリ１０のＳＯＣ表示Ａを主バッテリ１０のＳＯＣの表示ではなく、車載されたバッテリ全体のＳＯＣの表示とする。従って、このＳＯＣ表示Ａを見ることによって、ユーザは全バッテリの残存容量を容易に認識することができる。また、追加バッテリ３０が搭載されていない場合に、主バッテリ１０のＳＯＣの表示となるが、この場合も搭載バッテリ全体のバッテリ容量に対するＳＯＣ表示であり、この点に変更はない。従って、このＳＯＣ表示Ａについて、全体ＳＯＣであることの指摘を追加した場合においても、その表示自体は追加バッテリ３０のあるなしで、変更する必要はない。

また、追加バッテリ３０について独立した表示が行われるため、追加したバッテリの使用状態を認識することができ、その効果を容易に確認できる。

図４には、追加バッテリ３０，３２を搭載した場合の表示例が示されている。このように、追加バッテリ３０，３２については、ＳＯＣ表示Ｂ１，Ｂ２が個別になされる。追加バッテリ３０，３２は、一方が放電しきった場合に切り換えられるため、この表示では追加バッテリ３０のＳＯＣ表示Ｂ１がＳＯＣ０％、追加バッテリ３２のＳＯＣ表示Ｂ２がＳＯＣ７５％になっている。また、この例では、全体のＳＯＣ表示Ａは、５０％である。

図５には、表示部４４における実際の表示例を示す。このように、エンジン２２、モータ１８の他に、主バッテリ１０の表示および全体ＳＯＣ表示Ａ、追加バッテリ３０およびそのＳＯＣ表示Ｂがなされる。また、この例では、エンジン２２が駆動され、そのエネルギーがモータ１８に供給されるとともに、ここで発電された電力が主バッテリ１０および追加バッテリ３０に供給されている状態のエネルギーフローも示されている。

ここで、図６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。主バッテリ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のエミッタは主バッテリ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の正側母線側から主バッテリ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。

全体構成を示すブロック図である。 主バッテリ１０のみの場合のＳＯＣ表示例を示す図である。 追加バッテリ３０を追加した場合のＳＯＣ表示例を示す図である。 追加バッテリ３０，３２を追加した場合のＳＯＣ表示例を示す図である。 表示部４４における表示例を示す図である。 主コンバータ１２およびインバータ１６の詳細を示す図である。

符号の説明

１０ 主バッテリ、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、４０ ＳＯＣ検出部、４２ 制御部、４４ 表示部。

Claims (2)

1. 走行用モータをバッテリからの電力により駆動して走行する電動車両であって、
   インバータを介して前記走行用モータに電力を供給する、並列接続された複数のバッテリと、
   この複数のバッテリの各々の充電状態を検出する充電状態検出部と、
   複数のバッテリが並列接続された状態で同時に充放電しつつ、各バッテリ間の充電状態のバラツキを許容して充放電を制御する充放電制御部と、
   バッテリの充電状態を表示する表示部と、
   を含み、
   前記表示部は、複数のバッテリの合計である全体充電状態を表示することを特徴とする電動車両。
2. 請求項１に記載の電動車両であって、
   前記複数のバッテリの１つは、車両に必ず搭載されている主バッテリであり、他の１つは追加して搭載される追加バッテリであり、
   前記表示部は、複数のバッテリの合計である全体の充電状態と、追加バッテリの充電状態を表示することを特徴とする電動車両。

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