JP2021112051A - 電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、衝突時などに走行用のモータが発生する意図しない逆起電力から他のデバイスを保護する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示する電気自動車２は、高電圧バッテリ１１、走行用のモータ２１、電力変換器２０、高電圧バッテリ１１の電圧で動作するモータ２１以外のデバイス（高電圧デバイス４０）を備える。電力変換器２０は、第１リレー１３を介して高電圧バッテリ１１と接続されている。高電圧デバイス４０は、電力変換器２０以外に高電圧バッテリ１１の電圧が直接に加わるデバイスの総称である。高電圧デバイス４０は、第２リレー１４を介して高電圧バッテリ１１に接続されている。第１リレー１３あるいは第２リレー１４を開くことで、高電圧デバイス４０をモータ２１から切り離すことができる。【選択図】図１

Description

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。特に、衝突時などに走行用のモータが発生する意図しない逆起電力から他のデバイスを保護する技術に関する。

電気自動車は、１００ボルトを超える大出力の高電圧バッテリと、その高電圧バッテリで動作する走行用のモータを備えている。高電圧バッテリとモータの間には、高電圧バッテリの電力をモータの駆動電力に変換する電力変換器が接続される。高電圧バッテリと電力変換器はリレーを介して接続される。大出力のモータは、衝突時に空転すると大きな逆起電力を発生する。特許文献１に開示された電気自動車は、意図しないモータの逆起電力を速やかに消費するための電気抵抗を備えている。また、意図しない逆起電力が高電圧バッテリに悪影響を与えないように、車両が衝突するとリレーを開く。

特許国際公開ＷＯ２０１３／０２１４４５号

近年は電気自動車の高電圧バッテリの大容量化が進み、電力変換器以外にも、１００ボルトを超える車載の高電圧バッテリの電圧で動作するデバイスが電気自動車に搭載されるようになってきている。例えば、高電圧バッテリの電圧で動作するエアコンコンプレッサが電気自動車に採用されるようになってきている。走行用のモータと別のデバイスが高電圧バッテリに接続される。すなわち、走行用のモータと電気的に接続されるデバイスが増えてきている。それらのデバイスもモータが発生する意図しない逆起電力から保護する必要がある。

電気自動車は、外部の電力供給装置から供給される電力を高電圧バッテリの充電用電力に変換する充電器を備えている。充電器もリレーを介して高電圧バッテリに接続される。本明細書が開示する技術は、充電器と高電圧バッテリの間のリレーに着目し、高電圧バッテリ以外のデバイスをモータの意図しない逆起電力から保護する。

本明細書が開示する電気自動車は、高電圧バッテリ、走行用のモータ、電力変換器、高電圧バッテリの電圧で動作するモータ以外のデバイス、充電器、第１／第２リレーを備える。電力変換器は、第１リレーを介して高電圧バッテリと接続されており、高電圧バッテリの電力をモータの駆動電力に変換する。充電器は、第２リレーを介して高電圧バッテリと接続されており、車両外部の電力供給装置から供給される電力を高電圧バッテリの充電用電力に変換することができる。本明細書が開示する電気自動車では、電力変換器以外のデバイス（高電圧バッテリの電圧で動作するデバイス）も、第２リレーを介して高電圧バッテリに接続される。

本明細書が開示する電気自動車では、高電圧バッテリの電圧で動作するデバイスとモータの間に第１リレーと第２リレーが介在する。第１リレーと第２リレーのいずれかが開かれるとデバイスがモータから切り離される。それゆえ、高電圧バッテリの電圧で動作するデバイスをモータの意図しない逆起電力から保護することができる。

意図しない逆起電力をモータが発生する場合とは、典型的には衝突時である。それゆえ、第１リレーと第２リレーは、意図しない逆起電力をモータが発生したとき、あるいは、衝撃が検知されたときに開かれるように構成されているとよい。具体的な構成の一例は次の通りである。第１リレーと第２リレーにはノーマルオープンタイプを採用する。電気自動車は、衝撃を検知すると第１リレーと第２リレーへの電力供給を遮断する遮断器を備える。遮断器を備えることで、衝突すると直ちに第１リレーと第２リレーが開くようになる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の電気自動車のブロック図である。

図面を参照して実施例の電気自動車２を説明する。図１に、電気自動車２のブロック図を示す。電気自動車２は、高電圧バッテリ１１、走行用のモータ２１、電力変換器２０、コントローラ３２を備えている。

高電圧バッテリ１１はバッテリパック１０に収容されている。高電圧バッテリ１１は、走行用のモータ２１に供給する電力を蓄えるバッテリであり、その出力電圧は１００ボルトを超える。高電圧バッテリ１１には、過電流が流れると切れるヒューズ１２が接続されており、高電圧バッテリ１１が過電流状態となることを防止する。

電気自動車２は、高電圧バッテリ１１のほかに、低電圧バッテリ３１を備えている。低電圧バッテリ３１の出力電圧は、高電圧バッテリ１１の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。低電圧バッテリ３１は、高電圧バッテリ１１の出力電圧よりも低い電圧で動作するデバイスに電力を供給するために備えられている。低電圧バッテリ３１の電圧で動作するデバイスは補機と総称されることがある。

電力変換器２０は、高電圧バッテリ１１の出力電力をモータ２１の駆動電力に変換するデバイスである。具体的には電力変換器２０は、高電圧バッテリ１１の電圧を昇圧し、昇圧後の直流電力を、モータ２１を駆動するための交流電力に変換する。

電力変換器２０は、バッテリパック１０に収容されている第１リレー１３を介して高電圧バッテリ１１に接続されている。第１リレー１３は、コントローラ３２により制御される。第１リレー１３は、ノーマルオープンタイプの電磁リレーである。コントローラ３２は、第１リレー１３の電磁コイル１３ａに通電することにより、第１リレー１３を閉じることができる。コントローラ３２は、車両のメインスイッチ（不図示）が入れられると第１リレー１３を閉じ、高電圧バッテリ１１を電力変換器２０に接続する。高電圧バッテリ１１が電力変換器２０に接続されることで、電気自動車２は走行可能な状態になる。

コントローラ３２も低電圧バッテリ３１から電力供給を受けて動作する。すなわち、コントローラ３２も補機の一種である。コントローラ３２は、車両のメインスイッチが入れられると、低電圧バッテリ３１の電力を使って第１／第２リレー１３、１４のコイル１３ａ、１４ａに電力を供給する。低電圧バッテリ３１にはカーナビゲーション装置やルームランプなど、様々な補機が接続されているが、それらの図示は省略してある。

コントローラ３２は、第１リレー１３を制御するだけでなく、電力変換器２０など、様々なデバイスを制御する。なお、図１ではコントローラ３２を１個の矩形で描いてあるが、コントローラ３２の機能は、ネットワークで相互に通信可能に接続された複数のコンピュータで実現されてもよい。

電気自動車２は、走行用のモータ２１に接続されている電力変換器２０の他に、高電圧バッテリ１１の電圧がそのまま加わるデバイス（電圧コンバータ４１、エアコンコンプレッサ４２、水加熱ヒータ４３、ＡＣ充電器４４）を備えている。電圧コンバータ４１、エアコンコンプレッサ４２、水加熱ヒータ４３、ＡＣ充電器４４は、全て、第２リレー１４を介して高電圧バッテリ１１と接続されている。

電圧コンバータ４１は、高電圧バッテリ１１の電圧を降圧して低電圧バッテリ３１に供給し、低電圧バッテリ３１を充電する。エアコンコンプレッサ４２は、キャビンのエアコンの冷媒を圧縮するデバイスである。水加熱ヒータ４３は、寒冷地において冷却水の凍結を防止したり、キャビンや高電圧バッテリの保温に用いられる。ＡＣ充電器４４には、車両外部の電力供給装置のプラグが接続されるＡＣインレット４５が付随する。ＡＣ充電器４４は、車両外部の電力供給装置から供給される交流電力を、高電圧バッテリ１１を充電する電力に変換する。

電力変換器２０以外に高電圧バッテリ１１の電圧がそのまま加わるデバイス（電圧コンバータ４１、エアコンコンプレッサ４２、水加熱ヒータ４３、ＡＣ充電器４４）を、以下では高電圧デバイス４０と総称する。高電圧デバイス４０のうち、エアコンコンプレッサ４２と水加熱ヒータ４３は、高電圧バッテリ１１の電圧で動作するデバイスである。電圧コンバータ４１の駆動電力は低電圧バッテリ３１から供給される。電圧コンバータ４１は、高電圧バッテリ１１の電力を利用するデバイスである。ＡＣ充電器４４も、低電圧バッテリ３１の電力で動作する。

第２リレー１４もコントローラ３２によって制御される。第２リレー１４も、ノーマルオープンタイプの電磁リレーである。コントローラ３２は、第２リレー１４の電磁コイル１４ａに通電することにより、第２リレー１４を閉じることができる。コントローラ３２は、車両のメインスイッチ（不図示）が入れられると第２リレー１４を閉じ、高電圧デバイス４０を高電圧バッテリ１１に接続する。コントローラ３２は、また、ＡＣインレット４５に車両外部の電力供給装置のプラグが接続されたことを検知すると、第２リレー１４を閉じ、外部の電力供給装置で高電圧バッテリ１１を充電する準備を整える。

電気自動車２では、モータ２１の電力を生成する電力変換器２０が第１リレー１３を介して高電圧バッテリ１１に接続されている。電力変換器２０以外に高電圧バッテリ１１の電圧が直接に加わる高電圧デバイス４０（電圧コンバータ４１、エアコンコンプレッサ４２、水加熱ヒータ４３、ＡＣ充電器４４）は、第２リレー１４を介して高電圧バッテリ１１に接続されている。この電力供給系には次の利点がある。

車両が衝突した場合、駆動輪が空転してモータ２１が意図しない逆起電力を発生する場合がある。そのような場合、逆起電力は電力線を介して、電力変換器２０、高電圧バッテリ１１、高電圧デバイス４０に伝わる。第１リレー１３を開くことで、高電圧バッテリ１１と高電圧デバイス４０をモータ２１から切り離すことができる。すなわち、モータ２１の意図しない逆起電力から高電圧バッテリ１１と高電圧デバイス４０を保護することができる。一方、第２リレー１４を開くことで、高電圧デバイス４０を使用しないときには高電圧デバイス４０を高電圧バッテリ１１から切り離すことができる。

また、上記の電力供給系によると、第１リレー１３がオープン故障した場合にも、高電圧デバイス４０をモータ２１から切り離すことができる。

電力変換器２０は、もともと、モータ２１が生成する回生電力を受けるように設計されているので、意図しない逆起電力に対しても耐え得る可能性が高い。一方、エアコンコンプレッサ４２などの高電圧デバイス４０は、意図しない逆起電力に対して耐え得るように作るとコストが嵩む。高電圧デバイス４０とモータ２１の間にリレー（第１リレー１３あるいは第２リレー１４）が介在する構成を採用することで、高電圧デバイス４０をモータ２１の逆起電力に耐え得るように作るコストが不要となる。

実施例の電気自動車２のその他の特徴を説明する。コントローラ３２は、電力変換器２０とモータ２１の間に流れる電流を常に監視している。コントローラ３２は、モータ２１が意図しない逆起電力を発生した場合、第１リレー１３と第２リレー１４を開く。そのような処理により、モータ２１の意図しない逆起電力から高電圧バッテリ１１と高電圧デバイス４０を保護することができる。

コントローラ３２から第１／第２リレー１３、１４のコイル１３ａ、１４ａに電力を供給する電力線の途中に遮断器３３が接続されている。遮断器３３には加速度センサ３４が備えられている。遮断器３３は、加速度センサ３４によって衝撃が検知されると開き、第１／第２リレー１３、１４のコイル１３ａ、１４ａへの電力供給を遮断する。先に述べたように、第１／第２リレー１３、１４はノーマルオープンタイプであるから、コイル１３ａ、１４ａへの電力供給が遮断されると開く。遮断器３３を備えることで、衝撃が検知されると瞬時に第１／第２リレー１３、１４が開かれる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：電気自動車、 １０：バッテリパック、 １１：高電圧バッテリ、 １３：第１リレー、 １４：第２リレー、 ２０：電力変換器、 ２１：モータ、 ３１：低電圧バッテリ、 ３２：コントローラ、 ３３：遮断器、 ３４：加速度センサ、 ４０：高電圧デバイス、 ４１：電圧コンバータ、 ４２：エアコンコンプレッサ、 ４３：水加熱ヒータ、 ４４：ＡＣ充電器

Claims (3)

1. 高電圧バッテリと、
   走行用のモータと、
   第１リレーを介して前記高電圧バッテリと接続されており、前記高電圧バッテリの電力を前記モータの駆動電力に変換する電力変換器と、
   第２リレーを介して前記高電圧バッテリと接続されており、車両外部の電力供給装置から供給される電力を前記高電圧バッテリの充電用電力に変換する充電器と、
   を備えており、前記高電圧バッテリの電圧で動作するデバイスが前記第２リレーを介して前記高電圧バッテリに接続されている、電気自動車。
2. 前記第１リレーと前記第２リレーは、意図しない逆起電力を前記モータが発生したとき、あるいは、衝撃が検知されたときに開かれる、請求項１に記載の電気自動車。
3. 前記第１リレーと前記第２リレーはノーマルオープンタイプであり、
   衝撃を検知すると前記第１リレーと前記第２リレーへの電力供給を遮断する遮断器をさらに備えている、請求項２に記載の電気自動車。

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