JP4758407B2

JP4758407B2 - 電気自動車

Info

Publication number: JP4758407B2
Application number: JP2007259980A
Authority: JP
Inventors: 大士五十嵐; 邦明尾島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-10-03
Also published as: JP2009089577A

Description

本発明は、電気自動車に関する。詳しくは、動力源としてバッテリを搭載した電気自動車に関する。

従来より、電気自動車が知られている。電気自動車は、例えば、車両を駆動するモータと、このモータを駆動するメインバッテリと、電機器類を駆動する補助バッテリと、を備える。

モータは、インバータを介してメインバッテリに接続される。補助バッテリは、モータと並列に、ＤＣ／ＤＣコンバータを介してメインバッテリに接続される。さらに、メインバッテリには、充電器が接続される。

このような電気自動車では、充電器を外部電源に接続すると、外部からメインバッテリに電力が供給されて、このメインバッテリが充電されるが、供給された電力の一部は、ＤＣ／ＤＣコンバータで降圧されて補助バッテリに供給され、補助バッテリも充電される（特許文献１参照）。

このように外部電源により補助バッテリを充電する理由は、以下の通りである。
自動車には、補助バッテリから供給される電力で駆動する電気機器類が設けられている。特に、電気自動車では、ＤＣ／ＤＣコンバータや、外部電源から供給される電力を制御する回路が設けられており、ガソリン自動車に比べて、多くの電気機器が設けられている。
したがって、電気自動車では、ガソリン自動車に比べて、電気機器の電力消費量が大きく、補助バッテリの蓄電量が低下しやすい。補助バッテリの蓄電量が低下すると、充電器を外部電源に接続してメインバッテリに充電しようとしても、外部電源からの充電を制御する回路の駆動が停止し、メインバッテリの充電が途中で停止するおそれがある。
そこで、外部電源からの電力で補助バッテリも充電することで、メインバッテリの充電が停止するのを防止している。

特開平８−９８３２４号公報

しかしながら、上述のように補助バッテリを充電する際、ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動することになる。外部電源から電力が供給されても、このＤＣ／ＤＣコンバータが電力を持ち出すため、メインバッテリ側に供給される電力を十分に確保することができなくなる。よって、充電時間が長くなるおそれがあった。

本発明は、外部電源から充電する際に、補助バッテリの電力を確保しつつ、メインバッテリの充電時間を短縮できる電気自動車を提供することを目的とする。

本発明の電気自動車（例えば、後述の電気自動車１）は、モータ（例えば、後述のモータ１０）に電力を供給するメインバッテリ（例えば、後述のメインバッテリ２０）と、車両内部の電気機器（例えば、後述の電気機器４１）に電力を供給する補助バッテリと、前記メインバッテリから供給される電力を降圧して前記補助バッテリに供給する降圧手段（例えば、後述のダウンバータ５０）と、前記メインバッテリおよび前記補助バッテリを外部電源の電力により充電する外部充電手段と、前記補助バッテリの電圧を検出する電圧検出手段（例えば、後述の電圧センサ４２）と、前記補助バッテリの電圧が所定の電圧値以上である場合には、前記降圧手段の駆動を停止する制御手段（例えば、後述の制御装置２）と、を備える電気自動車であって、前記外部充電手段は、前記降圧手段より前記メインバッテリ側に接続されて、外部電源の電力を前記メインバッテリに供給する第１接続ライン（例えば、後述の第１充電器６０）と、前記降圧手段より前記補助バッテリ側に接続されて、外部電源の電力を前記補助バッテリに供給する第２接続ライン（例えば、後述の第２充電器７０）と、を備え、前記第２接続ラインは、外部電源の電圧を前記所定の電圧値以上の定電圧値に変換する定電圧変換器を介して、前記補助バッテリに供給することを特徴とする。

この発明によれば、外部充電手段を、外部電源の電力をメインバッテリに供給する第１接続ラインと、外部電源の電力を補助バッテリに供給する第２接続ラインと、で構成した。さらに、第２接続ラインにより、外部電源の電圧を所定の電圧値以上の定電圧値に変換する定電圧変換器を介して、補助バッテリに供給した。

したがって、この電気自動車の動作は、以下のようになる。
メインバッテリおよび補助バッテリの蓄電量が低下すると、上述の外部充電手段を外部電源に接続して、メインバッテリおよび補助バッテリを充電する。
ここで、例えば、第１接続ラインのみを外部電源に接続して充電した場合、補助バッテリの電圧は、他の電気機器に電力を供給するため、所定の電圧値未満まで低下する。よって、制御手段により降圧手段が駆動され、外部電源から第１接続ラインを通して供給された電力は、メインバッテリに供給されるだけでなく、降圧手段を介して補助バッテリにも供給される。

一方、例えば、第１接続ラインに加えて第２接続ラインを外部電源に接続して充電した場合、制御手段により降圧手段の駆動が停止され、外部電源から第１接続ラインを通して供給された電力は、メインバッテリにのみ供給される。同時に、外部電源から第２接続ラインを通して供給された電力は、補助バッテリに供給される。

以上のように、補助バッテリの電圧を監視し、第２接続ラインを外部電源に接続するなどして補助バッテリの電力を確保できる場合には、第１接続ラインを通して供給された電力をメインバッテリにのみ供給するので、補助バッテリの電力を確保しつつ、メインバッテリの充電時間を短縮できる。

本発明によれば、例えば、第１接続ラインのみを外部電源に接続して充電した場合、補助バッテリの電圧は、他の電気機器に電力を供給するため、所定の電圧値未満まで低下する。よって、制御手段により降圧手段が駆動され、外部電源から第１接続ラインを通して供給された電力は、メインバッテリに供給されるだけでなく、降圧手段を介して補助バッテリにも供給される。一方、例えば、第１接続ラインに加えて第２接続ラインを外部電源に接続して充電した場合、制御手段により降圧手段の駆動が停止され、外部電源から第１接続ラインを通して供給された電力は、メインバッテリにのみ供給される。同時に、外部電源から第２接続ラインを通して供給された電力は、補助バッテリに供給される。以上のように、補助バッテリの電圧を監視し、第２接続ラインを外部電源に接続するなどして補助バッテリの電力を確保できる場合には、第１接続ラインを通して供給された電力をメインバッテリにのみ供給するので、補助バッテリの電力を確保しつつ、メインバッテリの充電時間を短縮できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電気自動車１のブロック図である。
電気自動車１は、モータ１０と、メインバッテリ２０と、インバータ３０と、補助バッテリ４０と、降圧手段としてのダウンバータ５０と、第１接続ラインとしての第１充電器６０と、第２接続ラインとしての第２充電器７０と、ダウンバータ５０を制御する制御手段としての制御装置２と、を備える。

モータ１０は、車輪を駆動する。
メインバッテリ２０は、電力を蓄電し、この蓄電した電力を出力する。このメインバッテリ２０には、メインバッテリ２０の電圧を検出する電圧センサ２１およびメインバッテリ２０の電流を検出する電流センサ２２が設けられている。

インバータ３０は、供給される直流電力を交流電力に変換して出力するものであり、平滑コンデンサ３１が内蔵されている。
モータ１０は、メインバッテリ２０にインバータ３０を介して接続されており、これにより、メインバッテリ２０は、モータ１０に電力を供給する。

メインバッテリ２０とインバータ３０との間には、バッテリコンタクタ８０が設けられている。
バッテリコンタクタ８０は、メインバッテリ２０の正極側端子をインバータ３０の正極側端子に断続する正極側メインコンタクタ８１およびプリチャージコンタクタ８３と、メインバッテリ２０の負極側端子をインバータ３０の負極側端子に断続する負極側メインコンタクタ８２と、プリチャージコンタクタ８３に直列に接続された抵抗８４と、を備える。
プリチャージコンタクタ８３および抵抗８４は、正極側メインコンタクタ８１に並列に接続される。

補助バッテリ４０は、電力を蓄電し、この蓄電した電力を車内の電気機器４１に電力を供給する。電気機器４１には、例えば、室内ランプやメータ類などが含まれる。この補助バッテリ４０は、ダウンバータ５０を介して、モータ１０と並列にメインバッテリ２０に接続される。この補助バッテリ４０には、補助バッテリ４０の電圧を検出する電圧検出手段としての電圧センサ４２が設けられている。
ダウンバータ５０は、補助バッテリ４０の電力で駆動され、メインバッテリ２０から供給される電力を降圧して補助バッテリ４０に供給する。
なお、補助バッテリ４０は、電気機器４１やダウンバータ５０だけではなく、制御装置２、バッテリコンタクタ８０、後述のインレットコンタクタ９０にも電力を供給する。

制御装置２は、電圧センサ４１で検出された電圧が所定の電圧値Ｖ未満である場合にはダウンバータ５０を駆動し、電圧センサ４１で検出された電圧が所定の電圧値Ｖ以上である場合にはダウンバータ５０の駆動を停止する。このようにダウンバータ駆動の判定閾値にヒステリシスを設けたのは、ダウンバータ駆動時のハンチングを防止するためである。

第１充電器６０は、ダウンバータ５０よりメインバッテリ２０側に接続されて、外部電源の電力をメインバッテリ２０に供給する。
第１充電器６０とダウンバータ５０およびメインバッテリ２０との間には、インレットコンタクタ９０が設けられている。
インレットコンタクタ９０は、第１充電器６０の正極側端子を、ダウンバータ５０およびメインバッテリ２０の正極側端子に断続する。

第２充電器７０は、ダウンバータ５０より補助バッテリ４０側に接続される。この第２充電器７０は、外部電源の電力を所定の電圧値Ｖ３に変換する定電圧変換器を内蔵しており、変換した電圧値Ｖ３の電力を補助バッテリ４０に供給する。電圧値Ｖ３は、上述の制御装置２についての所定の電圧値Ｖよりも大きい値である。

電気自動車１の動作について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、充電モードであるか否かを判定する（ＳＴ１）。この判定がＮＯの場合には終了し、ＹＥＳの場合にはＳＴ２に移る。

ＳＴ２では、バッテリコンタクタ８０を接続する。具体的には、まず、プリチャージコンタクタ８３を接続してインバータ３０の平滑コンデンサ３１をプリチャージし、その後、メインコンタクタ８１を接続する。
ＳＴ３では、インレットコンタクタ９０を接続する。

ＳＴ４では、電圧センサ４２により補助バッテリ４０の電圧を検出し、制御装置２により、この補助バッテリ４０の電圧が所定の電圧値Ｖ未満であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、補助バッテリ４０の電力を十分に確保できていないため、ダウンバータ５０を駆動する（ＳＴ５）。一方、この判定がＮＯの場合には、補助バッテリ４０の電力を十分に確保できているため、ダウンバータ５０の駆動を停止する（ＳＴ６）。

ＳＴ７では、メインバッテリの充電が完了したか否かを判定する。この判定がＮＯの場合には、ＳＴ４に戻り、ＹＥＳの場合には、ＳＴ８に移る。
ＳＴ８では、インレットコンタクタ９０を遮断し、続いて、ＳＴ９では、バッテリコンタクタ８０を遮断する。

以下、電気自動車１のタイミングチャートについて、図３〜図５を参照しながら説明する。
ここで、ダウンバータ駆動時のハンチングを防止するため、上述のダウンバータ駆動の判定閾値Ｖにヒステリシスを設けた。具体的には、制御装置は、補助バッテリの電圧がＶ１を下回ると、ダウンバータをオンする指令を出力し、補助バッテリの電圧が所定値Ｖ２を超えると、ダウンバータをオフする指令を出力する。

図３は、第１充電器のみを外部電源に接続した場合における、電気自動車１のタイミングチャートである。
時刻ｔ０では、イグニッションがオンされ、これにより、補助バッテリの電圧はゼロから上昇するが、第２充電器が外部電源に接続されていないため、Ｖ１とＶ２との間となる。補助バッテリが電気機器に電力を供給するため、補助バッテリの電圧値は、徐々に低下し始める。

その後、時刻ｔ１では、インバータの平滑コンデンサをプリチャージする際に、ダウンバータ側に電力が流れるのを防止するために、ダウンバータ駆動フラグのオフ指令が出力される。その後、時刻ｔ２では、プリチャージコンタクタが接続され、時刻ｔ３では、メインコンタクタが接続される。

時刻ｔ４では、ダウンバータを駆動するか否かが判定される。ここでは、補助バッテリの電圧値がＶ１未満となったため、ダウンバータをオンする指令が出力される。このダウンバータのオン指令に従って、ダウンバータ駆動フラグがオンされ、ダウンバータの消費電力がＷ１となる。また、第１充電器から供給される電力の一部がダウンバータを介して補助バッテリに供給されるので、補助バッテリの電圧値は上昇し始める。

時刻ｔ５では、インレットコンタクタが接続される。
時刻ｔ６では、充電が開始される。ここで、補助バッテリの電圧値がＶ２を超えたため、ダウンバータをオフする指令が出力され、このダウンバータのオフ指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオフとなり、ダウンバータの消費電力はゼロとなる。これにより、電気機器に電力を供給するため、補助バッテリの電圧値は低下し始める。また、第１充電器から供給される電力が全てメインバッテリに供給されるので、メインバッテリの充電電力はＷ３となり、メインバッテリの電流値はＩ２となって、メインバッテリの電圧値は上昇し始める。

時刻ｔ７では、補助バッテリの電圧値がＶ１未満となるため、ダウンバータをオンする指令が出力される。
時刻ｔ８では、このダウンバータのオン指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオンとなり、ダウンバータの消費電力はＷ１となる。これにより、補助バッテリの電圧値は上昇し始める。一方、メインバッテリの充電電力はＷ２となり、メインバッテリの電流値はＩ１となって、メインバッテリの電圧値の上昇率は減少する。

時刻ｔ９では、補助バッテリの電圧値がＶ２を超えたため、ダウンバータをオフする指令が出力される。
時刻ｔ１０では、このダウンバータのオフ指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオフとなり、ダウンバータの消費電力はゼロとなる。これにより、電気機器に電力を供給するため、補助バッテリの電圧値は低下し始める。一方、第１充電器から供給される電力が全てメインバッテリに供給されるので、メインバッテリの充電電力は、Ｗ３となり、メインバッテリの電流値はＩ２となって、メインバッテリの電圧値の上昇率は増大する。

その後、時刻ｔ１１において、補助バッテリの電圧値がＶ１未満となるため、ダウンバータをオンする指令が出力される。
時刻ｔ１２では、このダウンバータのオン指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオンとなり、ダウンバータの消費電力はＷ１となる。これにより、補助バッテリの電圧値は上昇し始める。また、メインバッテリの電圧がＶ４となり、充電が完了する。これにより、メインバッテリの充電電力はゼロとなり、メインバッテリの電流値はゼロとなる。

時刻ｔ１３では、補助バッテリの電圧値がＶ２を超えたため、時刻ｔ９と同様の動作を行い、時刻ｔ１４では、時刻ｔ１０と同様の動作を行う。

時刻ｔ１５では、イグニッションがオフされて、補助バッテリの電圧はゼロとなり、ダウンバータをオフする指令が出力される。
その後、時刻ｔ１６では、インレットコンタクタおよびバッテリコンタクタが解除される。

図４は、第１充電器に加えて第２充電器を外部電源に接続した場合における、電気自動車１のタイミングチャートである。
時刻ｔ０では、イグニッションがオンされる。すると、補助バッテリの電圧は、第２充電器が外部電源に接続されているため、Ｖ３となる。

その後、時刻ｔ１では、インバータの平滑コンデンサをプリチャージする際に、ダウンバータ側に電力が流れるのを防止するために、ダウンバータ駆動フラグのオフ指令が出力される。その後、時刻ｔ２では、プリチャージコンタクタが接続され、時刻ｔ３では、バッテリコンタクタが接続される。

時刻ｔ４では、ダウンバータを駆動するか否かが判定される。ここでは、補助バッテリの電圧がＶ２を超えるため、ダウンバータをオフする指令が出力される。このダウンバータのオフ指令に従って、ダウンバータ駆動フラグは依然としてオフであり、ダウンバータの消費電力はゼロのままである。

時刻ｔ５では、インレットコンタクタが接続され、時刻ｔ６では、充電が開始されて、メインバッテリの電圧値が上昇し始める。ここで、第１充電器から供給される電力が全てメインバッテリに供給されるので、メインバッテリの充電電力はＷ３となり、メインバッテリの電流値はＩ２となる。

時刻ｔ７では、メインバッテリの電圧がＶ４となり、充電が終了する。その後、時刻ｔ８では、イグニッションがオフされて、補助バッテリの電圧はゼロとなり、時刻ｔ９では、インレットコンタクタおよびバッテリコンタクタが解除される。

以上のように、第１充電器のみを外部電源に接続した場合は、時刻ｔ１２にメインバッテリの充電が完了するのに対し（図３参照）、第１充電器および第２充電器を外部電源に接続した場合は、時刻ｔ７にメインバッテリの充電が完了するから、充電時間を短縮できる。

図５は、第１充電器に加えて第２充電器を外部電源に接続した後、途中で第２充電器を取り外した場合における、電気自動車１のタイミングチャートである。
時刻ｔ０では、イグニッションがオンされる。すると、補助バッテリの電圧は、第２充電器が外部電源に接続されているため、Ｖ３となる。

その後、時刻ｔ１では、インバータの平滑コンデンサをプリチャージする際に、ダウンバータ側に電力が流れるのを防止するために、ダウンバータ駆動フラグのオフ指令が出力される。時刻ｔ２では、プリチャージコンタクタが接続され、時刻ｔ３では、バッテリコンタクタが接続される。

時刻ｔ７では、第２充電器が取り外される。すると、電気機器に電力を供給するため、補助バッテリの電圧値は低下し始める。

時刻ｔ８において、補助バッテリの電圧値がＶ１未満となるため、ダウンバータをオンする指令が出力される。時刻ｔ９では、このダウンバータのオン指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオンとなり、ダウンバータの消費電力はＷ１となる。これにより、第１充電器から供給される電力の一部がダウンバータを介して補助バッテリに供給されるので、補助バッテリの電圧値は上昇し始める。一方、メインバッテリの充電電力はＷ２となり、メインバッテリの電流値はＩ１となって、メインバッテリの電圧値の上昇率は減少する。

時刻ｔ１０では、補助バッテリの電圧値がＶ２を超えたため、ダウンバータをオフする指令が出力される。時刻ｔ１１では、このダウンバータのオフ指令に従って、ダウンバータ駆動フラグはオフとなり、ダウンバータの消費電力はゼロとなる。これにより、電気機器に電力を供給するため、補助バッテリの電圧値は低下する。一方、第１充電器から供給される電力が全てメインバッテリに供給されるので、メインバッテリの充電電力はＷ３となり、メインバッテリの電流値はＩ２となって、メインバッテリの電圧値の上昇率は増大する。

時刻ｔ１２では、補助バッテリの電圧値がＶ１未満となるため、時刻ｔ８と同様の動作を行い、時刻ｔ１３では、時刻ｔ９と同様の動作を行う。

その後、時刻ｔ１４では、メインバッテリの電圧がＶ４となるので充電が終了し、メインバッテリの充電電力は、ゼロとなる。また、イグニッションがオフされる。
また、補助バッテリの電圧もゼロとなり、ダウンバータをオフする指令が出力される。このダウンバータのオフ指令に従って、時刻ｔ１５では、ダウンバータ駆動フラグがオフされ、ダウンバータの消費電力がゼロとなり、時刻ｔ１６では、インレットコンタクタおよびバッテリコンタクタが解除される。

以上のように、第１充電器のみを外部電源に接続した場合は、時刻ｔ１２にメインバッテリの充電が完了するのに対し（図３参照）、第１充電器に加えて第２充電器を外部電源に接続した後、途中で第２充電器を取り外した場合は、時刻ｔ１４にメインバッテリの充電が完了するから、充電時間を短縮できる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）メインバッテリ２０および補助バッテリ４０の蓄電量が低下すると、第１充電器６０や第２充電器７０を外部電源に接続して、これらメインバッテリ２０および補助バッテリ４０を充電する。
ここで、例えば、第１充電器６０のみを外部電源に接続して充電した場合、補助バッテリ４０の電圧は、他の電気機器に電力を供給するため、所定の電圧値Ｖ１未満まで低下する。よって、制御装置２によりダウンバータ５０が駆動され、外部電源から第１充電器６０を通して供給された電力は、メインバッテリ２０に供給されるだけでなく、ダウンバータ５０を介して補助バッテリ４０にも供給される。

一方、例えば、第１充電器６０に加えて第２充電器７０を外部電源に接続して充電した場合、補助バッテリ４０の電圧は所定の電圧値Ｖ２以上となる。よって、制御装置２によりダウンバータ５０の駆動が停止され、外部電源から第１充電器６０を通して供給された電力は、メインバッテリ２０にのみ供給される。同時に、外部電源から第２充電器７０を通して供給された電力は、補助バッテリ４０に供給される。

以上のように、補助バッテリ４０の電圧を監視し、第２充電器７０を外部電源に接続するなどして、補助バッテリ４０の電力を確保できる場合には、第１充電器６０を通して供給された電力をメインバッテリ２０にのみ供給するので、補助バッテリ４０の電力を確保しつつ、メインバッテリ２０の充電時間を短縮できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係る電気自動車のブロック図である。前記実施形態に係る電気自動車の動作のフローチャートである。前記実施形態に係る電気自動車について、第１接続ラインのみを外部電源に接続した場合におけるタイミングチャートである。前記実施形態に係る電気自動車について、第１接続ラインに加えて第２接続ラインを外部電源に接続した場合におけるタイミングチャートである。前記実施形態に係る電気自動車について、第１接続ラインおよび第２接続ラインを外部電源に接続した後、途中で第２接続ラインを取り外した場合におけるタイミングチャートである。

符号の説明

１電気自動車
２制御装置（制御手段）
１０モータ
２０メインバッテリ
４０補助バッテリ
４１電気機器
４２電圧センサ（電圧検出手段）
５０ダウンバータ（降圧手段）
６０第１充電器（第１接続ライン）
７０第２充電器（第２接続ライン）

Claims

モータに電力を供給するメインバッテリと、
車両内部の電気機器に電力を供給する補助バッテリと、
前記メインバッテリから供給される電力を降圧して前記補助バッテリに供給する降圧手段と、
前記メインバッテリおよび前記補助バッテリを外部電源の電力により充電する外部充電手段と、
前記補助バッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、
前記降圧手段の駆動を制御する制御手段と、を備える電気自動車であって、
前記外部充電手段は、前記降圧手段より前記メインバッテリ側に接続されて、外部電源の電力を前記メインバッテリに供給する第１接続ラインと、
前記降圧手段より前記補助バッテリ側に接続されて、外部電源の電力を前記補助バッテリに供給する第２接続ラインと、を備え、
前記制御手段は、前記第１接続ラインを外部電源に接続して前記メインバッテリを充電中において、前記補助バッテリの電圧が所定の電圧値以上である場合には、前記降圧手段の駆動を停止するものであり、
前記第２接続ラインは、外部電源の電圧を前記所定の電圧値以上の定電圧値に変換する定電圧変換器を介して、前記補助バッテリに供給することを特徴とする電気自動車。