JP2024073088A

JP2024073088A - 電気自動車

Info

Publication number: JP2024073088A
Application number: JP2022184094A
Authority: JP
Inventors: 裕一志茂; Yuichi Shimo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-29
Also published as: CN118046770A; US20240166077A1; EP4371805A1

Abstract

【課題】充電時の車両挙動を制御できる電気自動車を提供する。【解決手段】本開示に係る電気自動車は、蓄電池と、蓄電池と電気的に接続される電力変換装置と、電力変換装置と電気的に接続されるモータと、モータの中性点に電気的に接続され、充電スタンドの充電プラグが接続可能なコネクタと、モータの回転角を計測する回転角センサと、コネクタに充電プラグが接続された状態の充電スタンドと通信し、回転角センサの計測結果に基づいて充電スタンドを制御する制御装置と、を備える。制御装置は、モータの回転角が、中性点への充電電流の供給時にモータにトルクが発生しないトルク非発生回転角である場合、既定の充電電流を出力するように充電スタンドを制御する。制御装置は、モータの回転角が、トルク非発生回転角でない場合、既定の充電電流よりも小さい充電電流を出力するように充電スタンドを制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、蓄電池を搭載し、電気を駆動力として走行する電気自動車に関する。

特許文献１はハイブリット車における充電装置が開示されている。特許文献１に開示された充電装置は、外部から駆動モータの中性点に充電電流を供給することによって、駆動モータ及びインバータを利用して蓄電池を充電するように構成されている。

特許第５７３５７８２号公報

特許文献１に開示されるように駆動モータの中性点に充電電流を供給する場合、充電時に高出力で充電を開始すると、駆動モータにトルクが発生し、車両が動き出してしまう虞があった。

そこで本開示は、充電時に充電電流の出力を制御することで、車両挙動を抑制できる電気自動車を提供することを目的とする。

本開示における第１の観点は電気自動車である。電気自動車は、蓄電池と、蓄電池と電気的に接続される電力変換装置と、電力変換装置と電気的に接続されるモータと、モータの中性点に電気的に接続され、充電スタンドの充電プラグが接続可能なコネクタと、モータの回転角を計測する回転角センサと、コネクタに充電プラグが接続された状態の充電スタンドと通信し、回転角センサの計測結果に基づいて充電スタンドを制御する制御装置と、を備える。
制御装置は、モータの回転角が、中性点への充電電流の供給時にモータにトルクが発生しないトルク非発生回転角である場合、既定の充電電流を出力するように充電スタンドを制御する。
制御装置は、モータの回転角が、トルク非発生回転角でない場合、既定の充電電流よりも小さい充電電流を出力するように充電スタンドを制御する。

本開示における第２の観点は蓄電池の充電制御方法である。この充電制御方法は、蓄電池と、蓄電池と電気的に接続される電力変換装置と、電力変換装置と電気的に接続されるモータと、モータの中性点に電気的に接続され、充電スタンドの充電プラグが接続可能なコネクタと、モータの回転角を計測する回転角センサと、コネクタに充電プラグが接続された状態の充電スタンドと通信するように構成された制御装置と、を備える電気自動車において、制御装置により蓄電池の充電を制御する方法である。詳しくは、この充電制御方法は、モータの回転角を計測するステップと、回転角が、中性点への充電電流の供給時にモータにトルクが発生しないトルク非発生回転角かどうか判定するステップと、回転角が非発生回転角である場合、既定の充電電流と出力するように充電スタンドを制御するステップと、回転角が非発生回転角でない場合、既定の充電電流よりも小さい充電電流を出力するように充電スタンドを制御するステップと、を制御装置に実行させる方法である。

本開示によれば、電気自動車の充電時において車両が動き出すことを抑制できる。

本実施形態における電気自動車内部に搭載される充電回路図を示す。充電電流と発生トルクと車両挙動の関係について従来技術と本実施形態とを比較したものを示す。モータの回転角と発生するトルクの大きさの関係について従来技術と本実施形態とを比較したものを示す。本実施形態におけるモータの回転角に応じた充電電流の大きさと発生するトルクの大きさと車両挙動の経時変化を示す。本実施形態における蓄電池の充電制御方法を示す。

図１は、本実施形態における電気自動車内部に搭載される充電回路図を示す。

充電回路１は、蓄電池２と、電力変換装置３と、モータ４と、コネクタ５と、回転角センサ６と、電流センサ７ａ－７ｄとで構成される。充電回路１は、さらに制御装置８と接続されている。充電回路１は充電時には、直流電源である充電スタンド９と接続し、蓄電池２の充電を行う。具体的には、充電回路１は、コネクタ５に接続された充電スタンド９から充電電流の供給を受け、モータ４及び電力変換装置３により充電電流の電圧を昇圧し、昇圧された充電電流を蓄電池２に供給する。充電スタンド９から出力される充電電流は制御装置８によって制御される。

蓄電池２は、複数の蓄電セルを連続的に接続したものである。具体的には蓄電池２は、リチウムイオン電池のような再充電が可能な電池である。

電力変換装置３は、蓄電池２とモータ４とに電気的に接続している。車両の走行時においては、電力変換装置３は、蓄電池２に蓄えられた電流を直流から交流に変換してモータ４に供給する。充電時においては、電力変換装置３は、充電スタンド９から供給される充電電流をモータ４と協働して昇圧する。

モータ４は、車両の走行時において蓄電池２から電力供給されることによりトルクを発生し、発生したトルクを動力源として車両を動かす。充電時はコネクタ５を介して充電スタンド９と電気的に接続され、充電スタンド９から充電電流の供給を受ける。

モータ４は、三相のコイルを有しており、それぞれのコイル内部に交流電源が流れることにより、コイル内部に経時的に変化する磁界が生じる。上記磁界により一定方向に回転する動力が生じ、モータ４として機能する。また、充電時には、モータ４の中性点に充電電流が供給される。供給された充電電流はコイルを通って電力変換装置３へ供給される。中性点に供給された充電電流がコイルを流れることにより、モータ４の回転角、すなわち、ステータに対するロータの回転角次第でモータ４にトルクが発生する場合がある。

コネクタ５は、充電スタンド９と充電回路１を電気的に接続するための機器である。具体的には充電スタンド９に備わる充電プラグ１０と充電回路１を接続し、充電スタンド９による充電を可能にするための器具である。さらにコネクタ５はモータ４の中性点に接続されている。

回転角センサ６は、モータ４に接続され、モータ４の回転角を計測する。また、回転角センサ６は、計測したモータ４の回転角に関する情報を制御装置８に送信する。

電流センサ７ａ－７ｄは、モータ４の中性点に接続し、中性点に流れる電流を計測する中性点電流センサ７ａと、モータ４の各相に流れる電流値を計測する相電流センサ７ｂ、７ｃ、７ｄに分類することができる。各電流センサ７ａ－７ｄは、計測した電流値に関する情報を制御装置８に送信する。

制御装置８は、充電スタンド９と通信し、充電スタンド９が出力する充電電流の大きさを制御する。充電スタンド９による充電は、充電回路１のコネクタ５に充電プラグ１０が接続された状態で行われる。制御装置８と充電スタンド９との通信は、例えば、通信ケーブルによって行われる。通信ケーブルの接続には、充電プラグ１０とコネクタ５を利用することができる。

制御装置８による充電スタンド９が出力する充電電流に対する制御は、回転角センサ６の計測結果に基づいて行われる。具体的には、制御装置８が充電スタンド９に対して行う制御は以下の２つである。１つ目は、モータ４の回転角がトルク非発生回転角である場合に行われる制御であって、制御装置８は既定の充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。トルク非発生回転角は、モータ４の中性点への充電電流の供給時にモータ４にトルクが発生しない回転角と定義される。２つ目は、モータ４の回転角がトルク非発生回転角でない場合に行われる制御であって、制御装置８は既定の充電電流より小さい充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。

充電スタンド９が出力する充電電流を上記のように制御することで、図２に従来技術との比較で示されるような効果が得られる。図２は、充電時における充電電流の大きさと、車両挙動と、発生トルクの大きさと経過時間の関係を示すグラフである。図２（Ａ）は、従来技術におけるグラフであり、図２（Ｂ）は、本実施形態におけるグラフである。

図２（Ａ）において、グラフの横軸は経過時間を示す。縦軸は各パラメータの大きさを示し、線１１ａは充電電流の大きさを示し、線１２ａは車両挙動、すなわち、車両に発生する加速度の大きさを示し、線１３ａはモータ４で発生するトルクの大きさを示す。

図２（Ａ）に示す従来技術において、充電スタンド９は充電開始後、直ぐに既定の充電電流を出力して電気自動車の充電を行っていた。そのため、充電電流の供給に伴い、モータ４でトルクが発生し、電気自動車の車両挙動に乱れが発生していた。つまり、充電開始時の充電電流の急上昇により電気自動車が動くことがあった。

図２（Ｂ）の縦軸及び横軸は、図２（Ａ）と同様にそれぞれ各パラメータの大きさと経過時間を示す。線１１ｂは充電電流の大きさを示し、線１２ｂは車両挙動の大きさを示し、線１３ｂはモータ４で発生するトルクの大きさを示す。

図２（Ｂ）に示す本実施形態の計測結果において、充電スタンド９は、制御装置８の要求を受け、充電電流を緩やかに上昇させる。モータ４で発生するトルクは従来技術である図２（Ａ）の線１３ａと比べ抑制される。モータ４で発生するトルクが抑制されることにより、車両挙動も抑制され、結果として充電時に電気自動車は動きにくくなる。

図３は、モータ４の回転角と発生するトルクの大きさの関係について従来技術と本実施形態を比較したものを示す。具体的には、図３中の線２１ａに従来技術におけるモータ４の回転角と発生するトルクの大きさの関係を示し、線２１ｂに本実施形態におけるモータ４の回転角と発生するトルクの大きさの関係を示す。

従来技術の線２１ａ及び本実施形態の線２１ｂにおいて、モータ４は、回転角が０°から６０°毎に発生トルクが０になる回転角Ａが生じ、３０°から６０°ごとに発生トルクがピークになる回転角Ｂが生ずる。回転角Ａはトルク非発生回転角である。従来技術では、回転角がトルク非発生回転角か否かに関係なく、既定の充電電流が中性点に供給される。このため、トルク非発生回転角から離れるにつれてモータ４で発生するトルクの大きさは増大し、トルク非発生回転角から最も遠い回転角Ｂでは過大なトルクが発生する。

本実施形態における充電電流制御によれば、トルク非発生回転角である回転角Ａにおいて既定の充電電流が充電スタンド９から出力される。トルク非発生回転角では、中性点に流れる充電電流の大きさに関係なくモータ４にトルクは発生しない。そして、モータ４の回転角がトルク非発生回転角でない回転角Ａ以外では、既定の充電電流より小さい充電電流が充電スタンド９から出力される。充電電流が既定の充電電流より低く抑えられることで、トルク非発生回転角以外の回転角であっても、モータ４で発生するトルクの大きさは抑えられる。

図４は本実施形態における回転角に応じた充電電流と発生するトルクの大きさと車両挙動の経時変化を示す。図４（Ａ）はモータ４の回転角がトルク非発生回転角（図３に示す回転角Ａ）にあるときに充電開始をした際に実行される制御装置８の制御を示す。線３１ａは充電電流の大きさ、線３２ａは車両挙動、線３３ａは発生トルクを示す。トルク非発生回転角における発生トルクは０であるため、制御装置８は既定の充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。

図４（Ｂ）はモータ４の回転角が隣接する２つのトルク非発生回転角の中間の回転角（図３に示す回転角Ｂ）にあるときに充電開始をした際に実行される制御装置８の制御を示す。線３１ｂは充電電流の大きさ、線３２ｂは車両挙動、線３３ｂは発生トルクを示す。トルク非発生回転角間の中間の回転角における発生トルクは最大であるため、制御装置８は既定の充電電流より小さい充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。

また、制御装置８は、モータ４の回転角とトルク非発生回転角との差が大きいほど、より小さい充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。つまり、制御装置８は、図３に示す例であれば、回転角Ａから回転角Ｂにかけて充電スタンド９が出力する充電電流を低下させる。これにより、一定の充電電流の供給量を確保しながら充電中の車両挙動をより抑制することができる。

図５は、本実施形態における蓄電池２の充電制御方法を示す。

ステップＳ１００において、充電スタンド９と充電回路１が充電プラグ１０とコネクタ５によって接続される。

ステップＳ２００において、制御装置８は、モータ４の回転角がトルク非発生回転角かどうかを判定する。モータ４の回転角がトルク非発生回転角でない場合、処理はステップＳ３１０へ進み、モータ４の回転角がトルク非発生回転角である場合、処理はステップＳ３２０へ進む。

ステップＳ３１０において、モータ４の回転角がトルク非発生回転角でないため、制御装置８は、既定の充電電流よりも小さい充電電流を流すように充電スタンド９を制御する。処理はステップＳ２００へ戻る。

ステップＳ３２０において、モータ４の回転角がトルク非発生回転角であるため、制御装置８は、既定の充電電流を出力するように充電スタンド９を制御する。処理はステップＳ２００へ戻る。

上記のように、本実施形態の電気自動車によれば、充電スタンド９が出力する充電電流はモータ４の回転角に基づいて制御されることにより、電気自動車が充電中に動くことが抑制される。

１充電回路、２蓄電池、３電力変換装置、４モータ、５コネクタ、６回転角センサ、７電流センサ、８制御装置、９充電スタンド、１０充電プラグ

Claims

蓄電池と、
前記蓄電池と電気的に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置と電気的に接続されるモータと、
前記モータの中性点に電気的に接続され、充電スタンドの充電プラグが接続可能なコネクタと、
前記モータの回転角を計測する回転角センサと、
前記コネクタに前記充電プラグが接続された状態の前記充電スタンドと通信し、前記回転角センサの計測結果に基づいて前記充電スタンドを制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記モータの回転角が、前記中性点への充電電流の供給時に前記モータにトルクが発生しないトルク非発生回転角である場合、既定の充電電流を出力するように前記充電スタンドを制御し、
前記モータの回転角が、前記トルク非発生回転角でない場合、前記既定の充電電流よりも小さい充電電流を出力するように前記充電スタンドを制御する
ことを特徴とする電気自動車。
前記制御装置は、前記モータの回転角と前記トルク非発生回転角との差が大きいほど、より小さい充電電流を出力するように前記充電スタンドを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車。
蓄電池と、
前記蓄電池と電気的に接続される電力変換装置と、
前記電力変換装置と電気的に接続されるモータと、
前記モータの中性点に電気的に接続され、充電スタンドの充電プラグが接続可能なコネクタと、
前記モータの回転角を計測する回転角センサと、
前記コネクタに前記充電プラグが接続された状態の前記充電スタンドと通信可能に構成された制御装置と、
を備える電気自動車において、前記制御装置により前記蓄電池の充電を制御する方法であって、
前記モータの回転角を計測するステップと、
前記回転角が、前記中性点への充電電流の供給時に前記モータにトルクが発生しないトルク非発生回転角かどうか判定するステップと、
前記回転角が前記トルク非発生回転角である場合、既定の充電電流と出力するように前記充電スタンドを制御するステップと、
前記回転角が前記トルク非発生回転角でない場合、前記既定の充電電流よりも小さい充電電流を出力するように前記充電スタンドを制御するステップと、
を前記制御装置に実行させる
ことを特徴とする蓄電池の充電制御方法。