JP2021100294A

JP2021100294A - 車両

Info

Publication number: JP2021100294A
Application number: JP2019229767A
Authority: JP
Inventors: 健一一之瀬; Kenichi Ichinose; 吉川　雅之; Masayuki Yoshikawa; 雅之吉川; 和久小里; Kazuhisa Kozato; 宏行西村; Hiroyuki Nishimura; 英俊加藤; Hidetoshi Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-07-01

Abstract

【課題】インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止できる車両を得る。【解決手段】インバータ１６と、インバータ１６と電気的に接続されたキャパシタ１４と、キャパシタ１４と開閉器１５を介して電気的に接続されたバッテリ１２と、走行負荷に起因してインバータ１６で発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部２２と、予測値がノイズ電流の基準値を超えることを予測部２２が予測したときに予測値が基準値を超える前に開閉器１５を開放する判断部２４と、を有する制御手段２０と、を備えた車両１０とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に関する。

高電圧のバッテリが搭載されるとともに、インバータなどの電力変換装置が搭載された電気自動車は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。バッテリとインバータとの間には、コンタクタなどの開閉器が設けられており、インバータの非稼働時には、コンタクタを開路にしてバッテリとインバータとを電気的に分離し、電気自動車をメンテナンスするときなどにおいて、作業者が感電するのを防止するようにしている。

特開２００６−４２４５９号公報

ところで、稼働中の電気自動車において、インバータ及びバッテリは、電磁波ノイズ（ノイズ電流）の発生源となる。そのため、インバータとバッテリとが電気的に接続されていると、例えばインバータで発生したノイズ電流がバッテリに伝搬するおそれがある。電気自動車の場合、バッテリは、キャビンの車体下方側に配置されているため、乗員に対する電磁波ノイズの影響が懸念される。

そこで、本発明は、インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止できる車両を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両は、インバータと、前記インバータと電気的に接続されたキャパシタと、前記キャパシタと開閉器を介して電気的に接続されたバッテリと、走行負荷に起因して前記インバータで発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部と、前記予測値がノイズ電流の基準値を超えることを前記予測部が予測したときに前記予測値が前記基準値を超える前に前記開閉器を開放する判断部と、を有する制御手段と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、走行負荷に起因してインバータで発生するノイズ電流の予測値がノイズ電流の基準値を超えることを、制御手段の予測部が予測したときには、その予測値が基準値を超える前に、制御手段の判断部が開閉器を開放する。つまり、インバータと電気的に接続されたキャパシタと、バッテリと、を電気的に分離する。したがって、インバータで基準値を超えるノイズ電流が発生しても、そのノイズ電流がバッテリへ伝搬するのが防止される。

以上のように、本発明によれば、インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止することができる。

本実施形態に係る電気自動車の動力系を示すブロック図である。モータトルクとモータ回転数との関係を示すグラフである。アクセル開度と時間との関係を示すグラフである。参考例に係る電気自動車の動力系を示すブロック図である。各キャパシタの切り替えタイミングを示すグラフである。参考例に係る電気自動車の別の動力系を示すブロック図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、本実施形態に係る車両としては、走行用の駆動力が高電圧のバッテリ１２から供給される電力のみとされた電気自動車１０（図１参照）が一例として挙げられる。

図１に示されるように、電気自動車１０は、キャビン（車室）１３の車体下方側にバッテリ１２を有している。バッテリ１２には、開閉器１５を介してキャパシタ１４が電気的に接続されている。キャパシタ１４には、インバータ１６が電気的に接続されており、キャパシタ１４は、インバータ１６に対して電力を授受するようになっている。そして、インバータ１６には、モータ１８が電気的に接続されている。

また、電気自動車１０には、各部（開閉器１５を含む）を制御する制御手段としての制御装置２０が設けられている。制御装置２０は、走行負荷の指標となるモータ動作点の推移（換言すれば、走行負荷に起因してインバータ１６で発生するノイズ電流の予測値）を予測する予測部２２を有している。なお、図２に示されるように、予測前の（実際の）モータ動作点は、太実線Ｍａで示されており、予測後のモータ動作点の推移は、破線Ｍｐで示されている。

モータ動作点は、電気自動車１０の重量（乗員数及び積載量等を含む）及び電気自動車１０が実際に走行する道路勾配の少なくとも一方に基づく、アクセル開度及びブレーキ開度を含む運転情報（電気自動車１０を運転する運転者の予測時点までのアクセル操作及びブレーキ操作の変化など）により、制御装置２０で算出される。つまり、制御装置２０の予測部２２は、制御装置２０で算出されたモータ動作点から、今後のモータ動作点の推移を予測する。

また、図１に示されるように、制御装置２０は、許容されるノイズ電流の基準値（図２において細実線Ｓで示す）を、モータ動作点（インバータ１６で発生するノイズ電流の予測値）が超えることを予測部２２が予測したときに、そのモータ動作点（予測値）が基準値を超える前に開閉器１５を開放する判断部２４を有している。

なお、制御装置２０には、許容されるノイズ電流の基準値が予め記憶されている。また、以下においては、図２において、細実線Ｓで示すグラフを「ノイズ電流基準マップ」と称する。また、図２において、モータ動作点（インバータ１６で発生するノイズ電流の予測値）が基準値を超えて取り得る範囲がドットにて示されている。

また、制御装置２０は、判断部２４が開閉器１５を開放させる前に、図２に示されるモータ動作点（インバータ１６で発生するノイズ電流の予測値）が基準値を超えると予測される領域Ｅでの所要電力量を予め算出し、その所要電力量と現在のキャパシタ１４の蓄電量とを比較して、その蓄電量が所要電力量を賄えるように調整する調整部２６を有している。

具体的に説明すると、キャパシタ１４の蓄電量は、制御装置２０によって常に監視されており、調整部２６は、判断部２４が開閉器１５を開放させるときに、キャパシタ１４の蓄電量ができるだけ所要電力量未満になっていないように（所要電力量以上となっているように）、モータ動作点（予測値）が基準値を超える前までの間で、開閉器１５を開放させるタイミングを調整するようになっている。

以上のような動力系を備えた電気自動車１０において、次にその作用について説明する。

例えば図３に示されるように、運転者がある時点Ｔで電気自動車１０を急発進させたことにより、アクセル開度が急激に増加した（走行負荷が高負荷になった）などの運転情報により、制御装置２０がモータ動作点を算出する。そして、図２に示されるように、制御装置２０の予測部２２が、そのモータ動作点から、今後のモータ動作点の推移を予測する（破線Ｍｐで示す）。

なお、このとき、過去の運転履歴情報なども援用して運転情報を取得するようにしてもよい。例えば、運転履歴情報は、過去の運転履歴の学習に基づくＡＩ的な方法によって取得してもよい。これによれば、電気自動車１０を運転する運転者のアクセル操作等の特徴を基に、今後のモータ動作点の推移を高い確度で予測することができる。

次いで、制御装置２０の判断部２４が、モータ動作点の予測推移をノイズ電流基準マップ（図２参照）と照合して、その予測されたモータ動作点（インバータ１６で発生するノイズ電流の予測値）が基準値を超えるか否かを判断する。

ここで、図２の破線Ｍｐで示されるように、モータ動作点（予測値）が基準値を超えると、制御装置２０の判断部２４が判断した場合には、制御装置２０の調整部２６が、モータ動作点の予測推移から、モータ動作点（予測値）が基準値を超える領域Ｅでの所要電力量を算出する。

そして、制御装置２０の調整部２６は、所要電力量と現在のキャパシタ１４の蓄電量とを比較し、その蓄電量が所要電力量を賄えるように調整する。すなわち、キャパシタ１４の蓄電量が所要電力量未満の場合には、モータ動作点（予測値）が基準値を超える前の適切なタイミングまで、バッテリ１２との電気的な接続を継続してキャパシタ１４を充電する。

なお、制御装置２０の予測部２２がモータ動作点の推移の予測を開始した時点で、キャパシタ１４の蓄電量が所定値未満であると判明した場合にも、モータ動作点（予測値）が基準値を超える前の適切なタイミングまで、バッテリ１２との電気的な接続を継続してキャパシタ１４を充電する。

その後、インバータ１６で発生するノイズ電流の予測値が基準値を超える、実際のモータ動作点の領域Ｅでは、制御装置２０は、開閉器１５を開放させるように制御し、バッテリ１２とキャパシタ１４とを電気的に分離する。これにより、インバータ１６は、調整部２６で調整されたキャパシタ１４の電力（蓄電量）だけで動作することになるが、インバータ１６で基準値を超えるノイズ電流が発生しても、そのノイズ電流がバッテリ１２へ伝搬するのを防止することができる。

したがって、キャビン１３の車体下方側にバッテリ１２が配置されていても（乗員とバッテリ１２との距離が比較的近くても）、そのバッテリ１２から発生する電磁波ノイズ（特にノイズ電流に起因して発生していた電磁波ノイズ）を低減させることができ、キャビン１３内の電磁波レベルを低く抑えることができる。よって、その電磁波ノイズが、キャビン１３内の乗員に対して影響を与えるのを抑制又は防止することができる。

なお、キャパシタ１４の電力が調整部２６で調整仕切れなかった場合（所要電力量に対して蓄電量が少ない場合）には、制御装置２０は、モータ１８への指令トルクを低減させ、キャパシタ１４の消費電力量を最小限にするための出力制限をする（省電力モードに移行する）。これにより、運転者の運転感覚をできる限り損なわないようにすることができる。

また、本実施形態によれば、バッテリ１２で発生したノイズ電流がインバータ１６へ伝搬されるおそれがあるときにも、開閉器１５を開放させることで、インバータ１６とバッテリ１２とを電気的に分離することができる。また、本実施形態によれば、フィルター回路を設置するなどの対策が不要となるため、部品点数の増加及び製造コストの増加を抑制又は防止することができる。

次に、参考例に係る電気自動車３０について説明する。

図４に示されるように、バッテリ３２には、それぞれ開閉器５２及び開閉器５４を介してキャパシタ４０及びキャパシタ４２が電気的に接続されている。そして、キャパシタ４０及びキャパシタ４２には、それぞれ開閉器５６及び開閉器５８を介してインバータ３４が電気的に接続されており、キャパシタ４０及びキャパシタ４２は、それぞれ独立してインバータ３４に対して電力を授受するようになっている。

また、バッテリ３２には、それぞれ開閉器６２及び開閉器６４を介してキャパシタ４４及びキャパシタ４６が電気的に接続されている。そして、キャパシタ４４及びキャパシタ４６には、それぞれ開閉器６６及び開閉器６８を介してインバータ３６が電気的に接続されており、キャパシタ４４及びキャパシタ４６は、それぞれ独立してインバータ３６に対して電力を授受するようになっている。

さらに、バッテリ３２には、それぞれ開閉器７２及び開閉器７４を介してキャパシタ４８及びキャパシタ５０が電気的に接続されている。そして、キャパシタ４８及びキャパシタ５０には、それぞれ開閉器７６及び開閉器７８を介してインバータ３８が電気的に接続されており、キャパシタ４８及びキャパシタ５０は、それぞれ独立してインバータ３８に対して電力を授受するようになっている。

このように、この電気自動車３０には、３個のインバータ３４、３６、３８と、６個のキャパシタ４０、４２、４４、４６、４８、５０と、が設けられている。なお、インバータ３４、３６、３８には、モータ（図示省略）が電気的に接続されている。また、この電気自動車３０にも、各部（開閉器５２、５４、５６、５８、６２、６４、６６、６８、７２、７４、７６、７８を含む）を制御する制御手段としての制御装置６０が設けられている。

また、制御装置６０は、例えば図４に示されるように、インバータ３４とキャパシタ４０とが導通状態にある場合（開閉器５６が閉じている場合）には、キャパシタ４０とバッテリ３２との開閉器５２を開放し、キャパシタ４２とバッテリ３２とが導通状態にある場合（開閉器５４が閉じている場合）には、キャパシタ４２とインバータ３４との開閉器５８を開放するように制御する構成になっている。

そして、図示は省略するが、制御装置６０は、インバータ３４とキャパシタ４２とが導通状態にある場合（開閉器５８が閉じている場合）には、キャパシタ４２とバッテリ３２との開閉器５４を開放し、キャパシタ４０とバッテリ３２とが導通状態にある場合（開閉器５２が閉じている場合）には、キャパシタ４０とインバータ３４との開閉器５６を開放するように制御する構成になっている。

つまり、制御装置６０は、例えばインバータ３４に対して導通状態にあるキャパシタ４０の畜電量が所定値未満になると判断すると、キャパシタ４０とインバータ３４との電気的な接続を解除するとともに、畜電量が充分でスタンバイされているキャパシタ４２とインバータ３４とを電気的に接続するようになっている。

そして、制御装置６０は、畜電量が所定値未満のキャパシタ４０とバッテリ３２とを電気的に接続してキャパシタ４０を充電するとともに、キャパシタ４２とバッテリ３２との電気的な接続を解除するようになっている。なお、各キャパシタ４０、４２の蓄電量は、制御装置６０によって常に監視されている。

その後、制御装置６０は、今度はインバータ３４に対して導通状態にあるキャパシタ４２の畜電量が所定値未満になると判断すると、キャパシタ４２とインバータ３４との電気的な接続を解除するとともに、畜電量が充分でスタンバイされているキャパシタ４０とインバータ３４とを電気的に接続するようになっている。

そして、制御装置６０は、畜電量が所定値未満のキャパシタ４２とバッテリ３２とを電気的に接続してキャパシタ４２を充電するとともに、キャパシタ４０とバッテリ３２との電気的な接続を解除するようになっている。以下、このようなキャパシタ４０、４２の切り替え動作が繰り返し行われるようになっている。

また、インバータ３４と各キャパシタ４０、４２との電気的な接続を切り替える開閉器５６、５８の開閉タイミング（切り替えタイミング）は、図５に示されるように、インバータ３４の出力交流電圧が０付近となるフェーズＨで行われる。これにより、電気的な接続の切り替えに伴うサージ電流の発生が抑制されるようになっている。但し、サージ電流が許容できる範囲内の場合には、上記の開閉タイミングで切り替えなくてもよい。

以上のようなインバータ３４及びバッテリ３２に対するキャパシタ４０、４２の切り替え動作が、インバータ３６及びバッテリ３２に対するキャパシタ４４、４６においても同様に行われ、インバータ３８及びバッテリ３２に対するキャパシタ４８、５０においても同様に行われる。

このような参考例の場合でも、インバータ３４、３６、３８とバッテリ３２との電気的な同時接続がないため、インバータ３４、３６、３８で発生したノイズ電流がバッテリ３２に伝搬することを防止することができる。したがって、キャビンの車体下方側にバッテリ３２が配置されていても、そのバッテリ３２から発生する電磁波ノイズを低減させることができ、キャビン内の電磁波レベルを低く抑えることができる。

よって、その電磁波ノイズが、キャビン内の乗員に対して影響を与えるのを抑制又は防止することができる。また、インバータ３４、３６、３８の動作を、それぞれキャパシタ４０、４２、キャパシタ４４、４６、キャパシタ４８、５０の電力（蓄電量）で安定的に賄えるので、電気自動車３０を運転する運転者の運転感覚を損なわないようにすることができる。

なお、図６に示されるように、３個のインバータ３４、３６、３８に対して、２個のキャパシタ７０、８０が設けられる構成にしてもよい。すなわち、バッテリ３２には、それぞれ開閉器８２及び開閉器８４を介してキャパシタ７０及びキャパシタ８０が電気的に接続され、キャパシタ７０及びキャパシタ８０には、それぞれ開閉器８６及び開閉器８８を介してインバータ３４、３６、３８が電気的に接続されていてもよい。

このような構成にしても、上記と同様に、インバータ３４、３６、３８とキャパシタ７０、８０との電気的な接続が開閉器８６、８８による適切な開閉タイミングで切り替えられ、キャパシタ７０、８０とバッテリ３２との電気的な接続が開閉器８２、８４による適切な開閉タイミングで切り替えられる。

つまり、制御装置６０は、例えばインバータ３４、３６、３８に対して導通状態にあるキャパシタ７０の畜電量が所定値未満になると判断すると、キャパシタ７０とインバータ３４、３６、３８との電気的な接続を解除するとともに、畜電量が充分でスタンバイされているキャパシタ８０とインバータ３４、３６、３８とを電気的に接続するようになっている。

そして、制御装置６０は、畜電量が所定値未満のキャパシタ７０とバッテリ３２とを電気的に接続してキャパシタ７０を充電するとともに、キャパシタ８０とバッテリ３２との電気的な接続を解除するようになっている。なお、各キャパシタ７０、８０の蓄電量は、制御装置６０によって常に監視されている。

その後、制御装置６０は、今度はインバータ３４、３６、３８に対して導通状態にあるキャパシタ８０の畜電量が所定値未満になると判断すると、キャパシタ８０とインバータ３４、３６、３８との電気的な接続を解除するとともに、畜電量が充分でスタンバイされているキャパシタ７０とインバータ３４、３６、３８とを電気的に接続するようになっている。

そして、制御装置６０は、畜電量が所定値未満のキャパシタ８０とバッテリ３２とを電気的に接続してキャパシタ８０を充電するとともに、キャパシタ７０とバッテリ３２との電気的な接続を解除するようになっている。以下、このようなキャパシタ７０、８０の切り替え動作が繰り返し行われるようになっている。

このような別の参考例の場合でも、インバータ３４、３６、３８とバッテリ３２との電気的な同時接続がないため、インバータ３４、３６、３８で発生したノイズ電流がバッテリ３２に伝搬するのを防止することができる。したがって、キャビンの車体下方側にバッテリ３２が配置されていても、そのバッテリ３２から発生する電磁波ノイズを低減させることができ、キャビン内の電磁波レベルを低く抑えることができる。よって、その電磁波ノイズが、キャビン内の乗員に対して影響を与えるのを抑制又は防止することができる。

また、インバータ３４、３６、３８の動作をキャパシタ７０、８０の電力（蓄電量）で安定的に賄えるので、電気自動車３０を運転する運転者の運転感覚を損なわないようにすることができる。また、図６に示される参考例のものは、図４に示される参考例のものに比べて、キャパシタの数量が少ないため（１／３の数量であるため）、低コスト化及び省スペース化を図ることができる。

以上、本実施形態に係る電気自動車（車両）１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る電気自動車１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、開閉器１５の種類は、特に限定されるものではない。

１０電気自動車（車両）
１２バッテリ
１４キャパシタ
１５開閉器
１６インバータ
２０制御装置
２２予測部
２４判断部

Claims

インバータと、
前記インバータと電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと開閉器を介して電気的に接続されたバッテリと、
走行負荷に起因して前記インバータで発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部と、前記予測値がノイズ電流の基準値を超えることを前記予測部が予測したときに前記予測値が前記基準値を超える前に前記開閉器を開放する判断部と、を有する制御手段と、
を備えた車両。