JP2012249384A

JP2012249384A - 車両

Info

Publication number: JP2012249384A
Application number: JP2011117994A
Authority: JP
Inventors: Koji Hara; 浩二原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、メインバッテリの電力が使い果たされた場合に、補機バッテリの電力を用いてエンジンを始動させる
【解決手段】ハイブリッド車両１００は、外部電源５００から充電ケーブル４００により伝達される電力を用いて、車載の充電装置２００により蓄電装置１１０の充電が可能である。車両１００は、補機バッテリ１８５からの電力をインバータ１９０で変換して、車室内のアウトレット１９５に電力を供給する。また、車両１００は、外部充電の際には、外部電源５００から供給された電力を伝達する電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２とアウトレット１９５との間に設けられたリレーＲＹ１０を閉成して、外部電源５００からの電力を、アウトレット１９５に直接供給する。ＥＣＵ３００は、蓄電装置１１０のＳＯＣが下限値を下回った場合は、インバータ１９０および充電装置２００を用いて、補機バッテリ１８５の電力によりエンジン１６０を始動するための電力を蓄電装置１１０に充電する。
【選択図】図１

Description

本発明は車両に関し、より特定的には、搭載された蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両の制御に関する。

近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置（たとえば二次電池やキャパシタなど）を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。このような車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。そして、これらの車両に搭載される蓄電装置を発電効率の高い商用電源により充電する技術が提案されている。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する。）からの電力を用いて車載の蓄電装置の充電（以下、単に「外部充電」とも称する。）が可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源アウトレットと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置の充電が可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。これにより、ハイブリッド自動車の燃料消費効率を高めることが期待できる。

特開２００９−２２５５８７号公報（特許文献１）には、外部充電が可能な車両において、充電コネクタと充電器（電力変換器）との間にリレーを介してＡＣアウトレットが接続される構成が開示されている。そして、外部充電時に車両の電気システムが起動されるとリレーがオンされ、外部電源の停電時はバッテリから充電器（電力変換器）を介してＡＣアウトレットへ給電する構成が開示されている。

特開２００９−２２５５８７号公報

ハイブリッド車両において、エンジンを始動する場合には、メインバッテリからの電力を用いて回転電機によりエンジンをクランキングする場合がある。

ところが、このような車両において、メインバッテリの電力を使い果たしてしまった場合には、エンジンを始動することができない。そうすると、外部電源によりメインバッテリを充電する場所へ車両を移動することもできない。

このような課題への対策として、補機負荷や補機バッテリへ電源電圧を供給するために用いられるＤＣ／ＤＣコンバータを双方向化することにより、補機バッテリの電力を用いてエンジンを始動する手法も考えられる。しかしながら、このような手法はＤＣ／ＤＣコンバータの双方向化が必要となるので、コストアップにつながるおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部充電が可能であり、かつ補機バッテリからの電力で車室内アウトレットへ電力供給が可能な構成を有する車両において、メインバッテリの電力が使い果たされた場合に、補機バッテリの電力を用いてエンジンを始動させることである。

本発明による車両は、外部電源から充電ケーブルにより伝達される電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能である。車両は、充電ケーブルを接続するための接続部と、充電装置と、アウトレットと、切換部と、補機バッテリと、インバータと、制御装置とを備える。充電装置は、接続部に電気的に接続され、外部電源から接続部に伝達された電力を蓄電装置の充電電力に変換する。アウトレットは、車室内に設けられ、接続された電気機器に電力を供給する。切換部は、接続部と充電装置とを結ぶ電力線とアウトレットを結ぶ経路に設けられ、電力線とアウトレットとの間での電力の供給と遮断とを切換える。補機バッテリは、車両の補機負荷に電力を供給する。インバータは、補機バッテリからの電力を変換してアウトレットに供給する。制御装置は、蓄電装置の充電状態が予め定められた下限値を下回った場合は、切換部を導通状態とするとともに、インバータによって補機バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、さらに充電装置によってインバータから供給された電力を蓄電装置の充電電力に変換するように制御する。

好ましくは、車両は、エンジンと、蓄電装置の電力を用いてエンジンを始動させるための回転電機とをさらに備える。

本発明によれば、外部充電が可能であり、かつ補機バッテリからの電力で車室内アウトレットへ電力供給が可能な構成を有する車両において、メインバッテリの電力が使い果たされた場合に、補機バッテリの電力を用いてエンジンを始動させることが可能となる。

本実施の形態に従う車両を含む充電システムの全体ブロック図である。本実施の形態において、ＥＣＵで実行される処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明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。なお、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は繰り返さない。

図１は、実施の形態１に従うハイブリッド車両１００を含む充電システム１０の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１００は、蓄電装置１１０と、システムメインリレー（以下、ＳＭＲ（System Main Relay）とも称する。）１１５と、駆動装置であるＰＣＵ（Power Control Unit）１２０と、モータジェネレータ１３０，１３５と、動力伝達ギア１４０と、駆動輪１５０と、エンジン１６０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００とを備える。

蓄電装置１１０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１１０は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子のセルを含んで構成される。

蓄電装置１１０は、ＳＭＲ１１５を介して、モータジェネレータ１３０，１３５を駆動するためのＰＣＵ１２０に接続される。そして、蓄電装置１１０は、車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０に供給する。また、蓄電装置１１０は、モータジェネレータ１３０，１３５で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１１０の出力は、たとえば２００Ｖである。

ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置１１０の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。ＳＭＲ１１５に含まれるリレーの他方端は、ＰＣＵ１２０に接続された電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１にそれぞれ接続される。そして、ＳＭＲ１１５は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１に基づいて、蓄電装置１１０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

ＰＣＵ１２０は、コンバータ１２１と、インバータ１２２，１２３と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを含む。

コンバータ１２１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１と電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ１２２，１２３は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１に対して並列に接続される。インバータ１２２，１２３は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩ１，ＰＷＩ２に基づいて、コンバータ１２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ１３０，１３５をそれぞれ駆動する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサＣ２は、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１の間に設けられ、電力線ＰＬ２および接地線ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

モータジェネレータ１３０，１３５は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

モータジェネレータ１３０，１３５の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア１４０を介して駆動輪１５０伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０，１３５は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１１０の充電電力に変換される。

さらに、モータジェネレータ１３０，１３５は、動力伝達ギア１４０を介してエンジン１６０とも結合される。そして、ＥＣＵ３００により、モータジェネレータ１３０，１３５からの出力トルクおよびエンジン１６０からの出力トルクが強調的に制御される。また、モータジェネレータ１３０，１３５は、エンジン１６０によって駆動されて発電することも可能である。本実施の形態においては、モータジェネレータ１３０を専らエンジン１６０によって駆動されて発電を行なうための発電機として動作し、モータジェネレータ１３５を専ら駆動輪１５０を駆動して車両１００を走行させるための電動機として動作するものとする。また、エンジン１６０を始動する際には、モータジェネレータ１３０によってエンジン１６０がクランキングされる。

なお、本実施の形態においては、モータジェネレータおよびインバータの対が２つ設けられる構成を一例として示すが、モータジェネレータおよびインバータの対は１つであってもよいし、２つより多く備える構成としてもよい。

車両１００は、低電圧系（補機系）の構成として、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０と、補機負荷１８０と、補機バッテリ１８５と、インバータ１９０と、アウトレット（コンセント）１９５とをさらに含む。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ１および接地線ＮＬ１に接続され、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＤに基づいて、蓄電装置１１０から供給される直流電圧を降圧する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０は、電力線ＰＬ４を介して、補機負荷１８０および補機バッテリ１８５などの車両全体の低電圧系に電力を供給する。

補機負荷１８０には、たとえばランプ類、ワイパー、ヒータ、オーディオ、ナビゲーションシステムなどが含まれる。

補機バッテリ１８５は、アクセサリスイッチＡＣＣ＿ＳＷを介して電力線ＰＬ４と接続される。補機バッテリ１８５は、代表的には鉛蓄電池によって構成される。補機バッテリ１８５の出力電圧は、蓄電装置１１０の出力電圧よりも低く、たとえば１２Ｖ程度である。

アクセサリスイッチＡＣＣ＿ＳＷは、イグニッションキーあるいはイグニッションスイッチなどの操作に連動して閉成される。アクセサリスイッチＡＣＣ＿ＳＷが閉成されることによって、補機バッテリ１８５からの電力が補機系の各機器へ供給される。

インバータ１９０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＦによって制御され、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０または補機バッテリ１８５から供給される直流電力を交流電力に変換する。そして、インバータ１９０は、電力線ＡＣＬ３，ＡＣＬ４を介して、変換した交流電力をアウトレット１９５に供給する。

アウトレット１９５は、車室内に設けられる。このアウトレット１９５に電源プラグを接続するこっとによって、一般電気機器に電力を供給することができる。したがって、インバータ１９０によって供給される交流電圧は、たとえばＡＣ１００Ｖ程度である。

車両１００は、外部電源５００からの電力を用いて蓄電装置１１０を充電するための構成として、充電装置２００と、充電リレーＣＨＲ２１０と、接続部２２０とをさらに備える。

接続部２２０は、外部電源５００からの電力を受けるために、車両１００のボディに設けられる。接続部２２０には、充電ケーブル４００の充電コネクタ４１０が接続される。そして、充電ケーブル４００のプラグ４２０が、外部電源５００のアウトレット５１０に接続されることによって、外部電源５００からの電力が、充電ケーブル４００の電線部４３０を介して車両１００に伝達される。また、充電ケーブル４００の電線部４３０には、外部電源５００から車両１００への電力の供給と遮断とを切換えるための、充電回路遮断装置（図示せず）が介挿される場合がある。

充電ケーブル４００の充電コネクタ４１０には、図示しない接続検出部が含まれる。充電コネクタ４１０が接続部２２０に接続されると、接続検出部は接続信号ＣＮＣＴをＥＣＵ３００に出力する。ＥＣＵ３００は、この接続信号ＣＮＣＴによって、充電コネクタ４１０が接続されたことを認識する。

充電装置２００は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して接続部２２０に接続される。また、充電装置２００は、ＣＨＲ２１０を介して蓄電装置１１０と接続される。そして、充電装置２００は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＥに基づいて、外部電源５００から供給される交流電力を、蓄電装置１１０が充電可能な直流電力に変換する。

ＣＨＲ２１０に含まれるリレーの一方端は、蓄電装置１１０の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。ＣＨＲ２１０に含まれるリレーの他方端は、充電装置２００に接続された電力線ＰＬ３および接地線ＮＬ３にそれぞれ接続される。そして、ＣＨＲ２１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２に基づいて、充電装置２００から蓄電装置１１０への電力の供給と遮断とを切換える。

また、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２は、リレーＲＹ１０を介して、電力線ＡＣＬ３，ＡＣＬ４にそれぞれ接続される。リレーＲＹ１０は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と電力線ＡＣＬ３，ＡＣＬ４との導通と非導通とを切換える。このようなリレーＲＹ１０を備えることで、外部充電を行なっている際に、外部電源５００からの電力を用いて、アウトレット１９５に直接供給することができる。

このようなハイブリッド車両１００において、たとえば車両が長期間放置されて、蓄電装置１１０の電力を使い果たしてしまった場合には、モータジェネレータ１３０，１３５を駆動することができなくなる。そうすると、モータジェネレータによる走行駆動力が得られないだけでなく、エンジン１６０の始動もできないため、自力での走行を行なうことができなくなる。

この場合には、外部充電によって蓄電装置１１０を充電することが必要となるが、近くに商用電源がないような場合には、外部充電ができないときがある。

また、車両１００の補機バッテリ１８５や、他の車両の補機バッテリからの電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０で変換して蓄電装置１１０を充電することも考えられるが、その場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を双方向の電力変換ができるものとすることが必要となる。しかしながら、このような非常時の対応のためだけにＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を双方向型のタイプにすることは費用対効果の観点からは好ましくない。

本実施の形態に従うハイブリッド車両１００は、図１のように、補機バッテリ１８５の電力を変換して車室内のアウトレット１９５へ供給するためのインバータ１９０を有するとともに、外部充電時には外部電源５００からの電力を用いてアウトレット１９５へ電力を供給することができる構成を有している。

このうような機器構成を利用して、上述のように蓄電装置１１０の電力を使い果たしてしまったような場合でも、追加の機器を要することなく、補機バッテリ１８５からの電力により蓄電装置１１０を充電することができる。

具体的には、上記のように、補機バッテリ１８５からの電力により蓄電装置１１０を充電することが必要となった場合には、ユーザにより充電スイッチＣＨＧ＿ＳＷが操作される。ＥＣＵ３００は、充電スイッチＣＨＧ＿ＳＷからの信号が入力されると、リレーＲＹ１０を閉成するとともに、インバータ１９０を駆動して、補機バッテリ１８５からの電力をＡＣ１００Ｖに変換する。そして、ＥＣＵ３００はさらにＣＨＲ２１０を閉成するとともに、充電装置２００を駆動して、蓄電装置１１０の充電を実行する。

なお、補機バッテリ１８５の電力容量は、蓄電装置１１０の電力容量と比較して小さいので、蓄電装置１１０を満充電にすることはできないが、モータジェネレータ１３０を駆動してエンジン１６０が始動できれば、エンジン１６０による走行駆動力で、外部充電が可能な場所まで車両を移動することができる。そのため、エンジン１６０を始動することができるだけの電力が最低限充電できればよいので、補機バッテリ１８５の電力でも十分に蓄電装置１１０を充電することは可能である。

また、たとえば補機バッテリ１８５の電力も使い果たしてしまったような場合でも、大型のバッテリを搭載していない他の車両からの電力（ＤＣ１２Ｖ）を用いることによって、エンジン１６０の始動が可能である。

図２は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される処理を説明するためのフローチャートである。図２に示されるフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部または全部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）で処理を実現することも可能である。

図１および図２を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、蓄電装置１１０の電力を使い果たしてＳＯＣが予め定められた下限値を下回っている状態において、アクセサリスイッチＡＣＣ＿ＳＷがオンにされ、さらに、Ｓ１１０にて充電スイッチＣＨＧ＿ＳＷがオンにされたことを検出すると、Ｓ１２０にて、充電コネクタ４１０が接続部２２０に接続されているか否かを判定する。

充電コネクタ４１０が接続されている場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、当該処理を終了して、通常の外部充電による蓄電装置１１０の充電を実行する。

充電コネクタ４１０が接続されていない場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ１３０にてリレーＲＹ１０を閉成するとともに、Ｓ１４０にてインバータ１９０を起動する。これによって、補機バッテリ１８５からの直流電力を変換した交流電力が、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に供給される。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１５０にて、蓄電装置１１０の充電動作を開始する。具体的には、ＥＣＵ３００は、ＣＨＲ２１０を閉成するとともに、充電装置２００を駆動して電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２に供給された交流電力を、蓄電装置１１０の充電電力に変換する。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１６０にて、充電を実行している時間が、予め定められた所定時間経過したか否かを判定する。この所定時間は、補機バッテリ１８５の電力を用いて、エンジン１６０を始動するために必要となる電力が充電される時間に基づいて定められる。

所定時間が経過していない場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、処理が１６０に戻されて、ＥＣＵ３００は、所定時間が経過するのを待つ。

所定時間が経過した場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、充電装置２００を停止するとともにＣＨＲ２１０を開放して充電動作を終了する。その後、ＥＣＵ３００は、インバータ１９０を停止し（Ｓ１８０）、リレーＲＹ１０を開放する（Ｓ１９０）。

その後、これらの一連の処理が終了すると、ユーザによりエンジン１６０の始動が指示され、蓄電装置１１０に蓄えられた電力を用いて、モータジェネレータ１３０によりエンジン１６０が駆動される。これにより、車両１００の走行が可能となるので、外部充電を行なうことができる場所まで車両１００を移動させることが可能となる。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、蓄電装置の電力を使い果たしてしまったような場合でも、補機バッテリあるいは他の車両のバッテリからの電力を用いて、エンジンを始動させることが可能となる。これによって、機器の変更または追加によるコストアップを行なうことなく、蓄電装置の電力を使い果たしてしまった場合の非常時に対処することが可能となる。

なお、上記においては、エンジンを有するハイブリッド車両について説明したが、エンジンを有さない電気自動車についても、短い走行距離であれば、補機バッテリの電力を用いてメインバッテリを充電して走行させることが可能な場合がある。そのため、近距離の走行に限れば、応急対応として電気自動車についても上記の手法が適用可能である。

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、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。

１０充電システム、１００車両、１１０蓄電装置、１１５ＳＭＲ、１２０ＰＣＵ、１２１コンバータ、１２２，１２３，１９０インバータ、１３０，１３５モータジェネレータ、１４０動力伝達ギア、１５０駆動輪、１６０エンジン、１７０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８０補機負荷、１８５補機バッテリ、１９５，５１０アウトレット、２００充電装置、２１０ＣＨＲ、２２０接続部、３００ＥＣＵ、４００充電ケーブル、４１０充電コネクタ、４２０プラグ、４３０電線部、５００外部電源、ＡＣＣ＿ＳＷアクセサリスイッチ、ＡＣＬ１〜ＡＣＬ４，ＰＬ１〜ＰＬ４電力線、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、ＣＨＧ＿ＳＷ充電スイッチ、ＮＬ１，ＮＬ３接地線、ＲＹ１０リレー。

Claims

外部電源から充電ケーブルにより伝達される電力を用いて搭載された蓄電装置の充電が可能な車両であって、
前記充電ケーブルを接続するための接続部と、
前記接続部に電気的に接続され、前記外部電源から前記接続部に伝達された電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するための充電装置と、
車室内に設けられ、接続された電気機器に電力を供給するためのアウトレットと、
前記接続部と前記充電装置とを結ぶ電力線と前記アウトレットを結ぶ経路に設けられ、前記電力線と前記アウトレットとの間での電力の供給と遮断とを切換えるための切換部と、
前記車両の補機負荷に電力を供給するための補機バッテリと、
前記補機バッテリからの電力を変換して前記アウトレットに供給するように構成されたインバータと、
前記蓄電装置の充電状態が予め定められた下限値を下回った場合は、前記切換部を導通状態とするとともに、前記インバータによって前記補機バッテリからの直流電力を交流電力に変換し、さらに前記充電装置によって前記インバータから供給された電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するように制御するための制御装置とを備える、車両。
エンジンと、
前記蓄電装置の電力を用いて前記エンジンを始動させるための回転電機とをさらに備える、請求項１に記載の車両。