JP4775522B2

JP4775522B2 - 電気駆動式車両

Info

Publication number: JP4775522B2
Application number: JP2011504272A
Authority: JP
Inventors: 慎太郎内海
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2029-11-12
Also published as: EP2402204A1; CN102438853B; WO2011058630A1; US20120091790A1; US8872470B2; CN102438853A; EP2402204B1; JPWO2011058630A1; EP2402204A4

Description

本発明は電気駆動式車両に関し、特に外部電源からのバッテリの充電が可能な電気駆動式車両に関する。

近年、走行に利用可能なバッテリを搭載するとともに、外部電源からの充電が可能な（すなわちプラグイン充電が可能な）ハイブリッド車両や電気自動車などの電気駆動式車両が開発されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１７１６４２号公報

ところで、プラグイン充電が可能な電気駆動式車両において、外部電源からの充電を行うにあたっては、例えば公共に設置される急速充電設備を利用するほか、家庭用電源を利用することが考えられている。ところが、家庭用電源は利便性が高い代わりに急速充電設備と比較して供給可能な電力が小さくなる。このため、この場合には充電に時間がかかるという問題がある。これに対して、車両を駆動するのに十分な発電能力を有するエンジン駆動式の発電装置を電気駆動式車両が搭載している場合には、発電装置による発電をしながら車両を駆動できる。このためこの場合には、バッテリの充電が必ずしも十分ではなくてもよいともと考えられる。しかしながら、この場合には発電装置の小型化を図ることが困難となり、その分、車両のエネルギ効率が必然的に劣ることになると考えられる。

したがって、かかる電気駆動式車両にあっては、家庭用電源など供給可能な電力が小さい外部電源を用いる場合であっても、バッテリをより素早く充電することでより多くのバッテリ充電量を確保できるようにし、その代わりに発電装置の発電能力を制限するとともにその小型化を図ることが、エネルギ効率の観点からは望ましい。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、供給可能な電力が小さい外部電源を利用する場合であっても、より素早いバッテリの充電を可能にする電気駆動式車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、走行に利用可能なバッテリが搭載されるとともに、外部電源による前記バッテリの充電が可能な電気駆動式車両であって、前記外部電源から供給される電力が、前記バッテリの受け入れ可能電力に対して設定された所定の閾値よりも小さい場合に、前記バッテリを充電可能な発電装置による前記バッテリの充電を許可する制御手段を備える電気駆動式車両である。

また本発明は前記外部電源および前記発電装置による前記バッテリの並行充電を行うか否かを選択可能な操作手段をさらに備え、前記外部電源から供給される電力が前記所定の閾値よりも小さく、且つ前記操作手段が前記並行充電を行うように操作されている場合に、前記制御手段が、前記発電装置による前記バッテリの充電を許可する構成であることが好ましい。

また本発明は前記バッテリを充電するにあたり、前記外部電源から供給される電力と、前記発電装置から供給される電力とのうち、少なくとも前記発電装置から供給される電力を管理する管理手段をさらに備える構成であることが好ましい。

本発明によれば、供給可能な電力が小さい外部電源を利用する場合であっても、より素早いバッテリの充電を可能にすることができる。

電気駆動式車両１を模式的に示す図である。発電装置１１を模式的に示す図である。車両側ＥＣＵ５０の動作をフローチャートで示す図である。車両側ＥＣＵ５０の動作をフローチャートで示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

図１に示すように、電気駆動式車両１は発電装置１１とバッテリ１２と電動モータ１３とを備えている。電気駆動式車両１は、発電装置１１を着脱可能に搭載している。発電装置１１を着脱可能に搭載した電気駆動式車両１は、発電装置１１を搭載していない状態で、且つ発電装置１１との電気的な接続が切り離された状態でも運転が可能になっている。一方、発電装置１１は、電気駆動式車両１と電気的に接続された状態であれば、電気駆動式車両１に搭載されていない状態であってもバッテリ１２の充電が可能になっている。

発電装置１１はエンジン駆動式の発電装置である。図２に示すように発電装置１１は、エンジン１１１と発電機１１２と発電装置側ＥＣＵ（Electronic control unit：電子制御装置）１１３とを備えている。エンジン１１１は発電機１１２を駆動し、駆動された発電機１１２は交流を発生させる。そして発生した交流はバッテリ１２に充電される前に図示しない整流回路によって直流に整流される。発電装置側ＥＣＵ１１３は主にエンジン１１１を制御するために設けられている。

バッテリ１２は直流バッテリであり、パワー系配線である高電圧系配線を介して発電装置１１と電気的に且つ脱着可能に接続されている。そして、発電装置１１が発電した電力は高電圧系配線を介してバッテリ１２に充電される。バッテリ１２には、例えば定格電圧ＤＣ１２Ｖのバッテリを直列に複数接続したものを適用できる。電動モータ１３は走行駆動源であり、直流モータとなっている。電動モータ１３はバッテリ１２から電力の供給を受け、出力軸１４を回転する。そして、その回転出力がトランスミッション１５を介して駆動輪である左右一対の後輪２に伝達され、この結果、後輪２が駆動する。このように、電気駆動式車両１はシリーズハイブリッド方式の電気駆動式車両となっている。

電気駆動式車両１は、駆動輪である左右一対の後輪２のほか、操舵輪である左右一対の前輪３や、前輪３を手動操舵するためのハンドル４や、電動モータ１３のモータ回転数を変えるためのアクセルペダル５や、車両に制動を付与するためのブレーキペダル６およびブレーキユニット７や、ブレーキペダル６にワイヤ結合されているとともにブレーキユニット７に連結され、各前輪３、各後輪２にそれぞれ設けられたドラムブレーキ８を備えている。アクセルペダル５には、アクセルペダル５の踏み込み量を検知するアクセル開度センサ６１が、ブレーキベダル６には、ブレーキペダル６の踏み込みの有無を検知するブレーキスイッチ６２がそれぞれ設けられている。

さらに電気駆動式車両１は外部充電装置２０を備えている。外部充電装置２０は、外部電源４０からバッテリ１２に電力を充電するための装置である。また外部充電装置２０は電力線搬送通信（ＰＬＣ：Power Line Communication）による通信ができるようになっており、外部電源４０が接続されているか否かを判定する機能を備えている。外部充電装置２０は充電ケーブル３０を介して外部電源４０に接続される。外部電源４０としては具体的には例えば１００Ｖ電源や、２００Ｖ電源や、急速充電設備を用いることができる。

さらに電気駆動式車両１はキースイッチ７１と、並行充電要求スイッチ７２と、急速充電要求スイッチ７３と、操作パネル７４とを備えている。キースイッチ７１は電動モータ１３を運転するか否かを選択可能な操作手段であり、運転要求を行うための操作手段となっている。並行充電要求スイッチ７２は外部電源４０および発電装置１１によるバッテリ１２の並行充電を行うか否かを選択可能な操作手段であり、並行充電要求を行うための操作手段となっている。急速充電要求スイッチ７３は並行充電時に発電装置１１で発電量を優先した発電を行うか否かを選択可能な操作手段であり、急速充電要求を行うための操作手段となっている。操作パネル７４はバッテリ１２の充電に関する各種の設定を行うことが可能な操作手段となっている。これらスイッチ７１、７２および７３と、操作パネル７４とは図示しないインストルメントパネルに設けられている。

さらに電気駆動式車両１は第１の制御装置である車両側ＥＣＵ５０を備えている。車両側ＥＣＵ５０は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。なお、第２の制御装置に相当する発電装置側ＥＣＵ１１３についても同様の構成となっている。車両側ＥＣＵ５０には、発電装置１１（より具体的には発電装置側ＥＣＵ１１３）が電気的に且つ脱着可能に接続されている。この点、車両側ＥＣＵ５０と発電装置１１とは、具体的には制御系配線である低電圧系配線を介して接続されている。また車両側ＥＣＵ５０には電動モータ１３などの各種の制御対象が電気的に接続されているほか、アクセル開度センサ６１や、ブレーキスイッチ６２や、キースイッチ７１や、並行充電要求スイッチ７２や、急速充電要求スイッチ７３や、操作パネル７４などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。

さらに車両側ＥＣＵ５０には、外部電源４０が接続されているか否かを検出するために外部充電装置２０が接続されているほか、バッテリ充電量を検出するためにバッテリ１２が接続されている。また車両側ＥＣＵ５０には、外部電源４０から供給される電力を検出するための図示しない電流計および電圧計が接続されている。そして車両側ＥＣＵ５０は、これらの検出値に基づいて外部電源４０から供給される電力を検出する。なお、外部電源４０が供給可能な電流や、外部電源４０の電圧や、外部電源４０が供給可能な電力は、例えば電力線搬送通信によって外部電源４０から通知されてもよく、その他の手段によって検出および通知されてもよい。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、車両側ＥＣＵ５０や発電装置側ＥＣＵ１１３では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。

例えば車両側ＥＣＵ５０では外部電源４０から供給される電力がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗに対して設定された所定の閾値αよりも小さい場合に、発電装置１１によるバッテリ１２の充電を許可する制御手段が機能的に実現される。
所定の閾値αは、外部電源４０の電源能力に応じて、並行充電を許可するか否かを決定するための値である。所定の閾値αは、本実施例では具体的には１００Ｖ電源によって供給可能な電力よりも大きく、且つ２００Ｖ電源および急速充電設備によって供給可能な電力それぞれよりも小さな値に設定されている。
さらに制御手段は、外部電源４０から供給される電力が所定の閾値αよりも小さく、且つ並行充電要求スイッチ７２が並行充電を行うように操作されている場合に（並行充電要求が有る場合に）、発電装置１１によるバッテリ１２の充電を許可するように実現される。

また車両側ＥＣＵ５０では、例えばバッテリ１２を充電するにあたり、バッテリ１２に供給される電力を管理する管理手段が機能的に実現される。
この点、管理手段は具体的には外部電源４０から供給される電力と発電装置１１から供給される電力とのうち、少なくとも発電装置１１から供給される電力を管理するように実現される。

発電装置１１から供給される電力を管理するにあたり、管理手段は具体的には発電装置１１および外部電源４０の電源能力と、急速充電要求の有無とに応じて、エンジン１１１を最大出力で運転可能な急速充電動作点、またはエンジン１１１を最適燃費で運転可能な最適燃費動作点でエンジン１１１を運転するための制御を行うか、或いはバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗと、外部電源４０で供給可能な電力との差に相当する電力を補電するようにエンジン１１１を運転するための制御（以下、補電制御と称す）を行うように実現される。

この点、かかる制御を行うにあたり、管理手段はさらに具体的には、外部電源４０から供給される電力と、エンジン１１１を急速充電動作点で運転した場合の発電装置１１から供給される電力との和（以下、第１の和と称す）が、バッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さいか否かを判定するように実現される。
そして、第１の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さい場合で、且つ急速充電要求がある場合には、管理手段はエンジン１１１を急速充電動作点で運転するための制御を行うように実現される。
一方、第１の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さい場合で、且つ急速充電要求がない場合には、管理手段はエンジン１１１を最適燃費動作点で運転するための制御を行うように実現される。

また第１の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗ以上である場合には、管理手段は外部電源４０から供給される電力と、エンジン１１１を最適燃費動作点で運転した場合の発電装置１１から供給される電力との和（以下、第２の和と称す）が、バッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さいか否かを判定する。
そして、第２の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さい場合で、且つ急速充電要求がない場合には、管理手段はエンジン１１１を最適燃費動作点で運転するための制御を行うように実現される。
一方、第２の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さい場合で、且つ急速充電要求がある場合には、管理手段は補電制御を行うように実現される。
また、第２の和がバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗ以上である場合には、管理手段は、急速充電要求の有無に関わらず、補電制御を行うように実現される。
なお、管理手段は、補電制御としてさらに例えば、急速充電要求がある場合には、発電量重視となる運転条件でエンジン１１１を運転するための制御を行うとともに、急速充電要求がない場合には、燃費重視となる運転条件でエンジン１１１を運転するための制御を行うように実現されてもよい。

一方、発電装置１１から供給される電力を管理するにあたり、管理手段はさらに充電の経過に応じて管理するように実現される。例えば管理手段は、バッテリ１２の充電量が設定値β（例えば８０％）よりも大きくなった場合に、エンジン１１１の運転を停止するように実現される。また例えば管理手段は、バッテリ１２の充電を完了するのに必要とされる要求充電時間γに対して、外部電源４０から供給される電力でバッテリ１２の充電を完了できる状態（以下、並行充電不要状態と称す）になった場合に、エンジン１１１を停止するように実現される。一方、管理手段は、設定値βや要求充電時間γの設定が無い場合には、バッテリ１２の充電が完了した場合に、エンジン１１１を停止するように実現される。なお、設定値βや要求充電時間γは操作パネル７４で設定可能になっている。

次に、車両側ＥＣＵ５０が行う動作を図３および図４に示すフローチャートを用いて説明する。図３に示すように車両側ＥＣＵ５０は、外部電源４０が接続されたか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１で否定判定であれば特段の処理を要しないため、本フローチャートを一旦終了する。一方、ステップＳ１で肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は外部電源４０から供給される電力（外部電源能力）が所定の閾値αよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で否定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を停止する（ステップＳ１１）。なお、このときエンジン１１１は既に停止していてもよい。この場合には、外部電源４０のみによってバッテリ１２の充電が行われる。

一方、ステップＳ２で肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は並行充電要求が有るか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３で否定判定であればステップＳ１１に進む。一方、ステップＳ３で肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は第１の和が、バッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は急速充電要求があるか否かを判定する（ステップＳ５）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を急速充電動作点で運転する（ステップＳ８）。一方、ステップＳ５で否定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を最適燃費動作点で運転する（ステップＳ９）。

一方、ステップＳ４で否定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は第２の和が、バッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ６）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は急速充電要求が無いか否かを判定する（ステップＳ７）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を最適燃費動作点で運転する（ステップＳ９）。一方、ステップＳ６またはＳ７で否定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は補電制御を行う（ステップＳ１０）。電気駆動式車両１では、ステップＳ８、Ｓ９またＳ１０に進んだ場合にこのようにして並行充電が行われる。

一方、並行充電が行われる場合、図４に示すように車両側ＥＣＵ５０はさらに設定値βの設定が有るか否かを判定する（ステップＳ２１）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はバッテリ充電量（ＳＯＣ）が設定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２２）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を停止する（ステップＳ２６）。一方、ステップＳ２１またはＳ２２で否定判定であった場合には、車両側ＥＣＵ５０は要求充電時間γの設定が有るか否かを判定する（ステップＳ２３）。肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０は並行充電不要状態になったか否かを判定する（ステップＳ２４）。並行充電不要状態になったか否かは、例えばバッテリ１２の受け入れ可能電力Ｗや、発電装置１１および外部電源４０から供給される電力や、現在のバッテリ充電量や、要求充電時間γや、残りの充電時間に基づき判定できる。

ステップＳ２４で肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を停止する（ステップＳ２６）。一方、ステップＳ２３またはＳ２４で否定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はバッテリ１２の充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ２５）。否定判定であれば、ステップＳ２１に戻る。一方、ステップＳ２５で肯定判定であれば、車両側ＥＣＵ５０はエンジン１１１を停止する（ステップＳ２６）。

次に電気駆動式車両１の作用効果について説明する。電気駆動式車両１では、外部電源４０から供給される電力が所定の閾値αよりも小さい場合に、発電装置１１によるバッテリ１２の充電を許可する。したがって電気駆動式車両１では、発電装置１１および外部電源４０の複数の電源によってバッテリ１２を充電することが可能になる。このため電気駆動式車両１では、例えば外部電源４０として供給可能な電力が小さい外部電源を利用する場合であっても、より素早いバッテリ１２の充電を可能にすることができる。

また電気駆動式車両１では、発電装置１１によるバッテリ１２の充電を許可するにあたって、さらに並行充電要求が有る場合に許可する。このため電気駆動式車両１では、ユーザの意に反して発電装置１１によるバッテリ１２の充電が並行して行われることによる不経済な充電が行われることを防止できる。
また電気駆動式車両１では、並行充電を行う場合に発電装置１１および外部電源４０の電源能力と急速充電要求の有無とに応じて、エンジン１１１を急速充電動作点や最適燃費動作点で運転する。このため電気駆動式車両１では、ユーザの要求として急速充電要求が有る場合には、エンジン１１１を急速充電動作点で運転することによって更なる急速な充電を可能にできるとともに、急速充電要求が無い場合には、エンジン１１１を最適燃費動作点で運転することによって経済的な充電を可能にすることができる。
また電気駆動式車両１では、発電装置１１および外部電源４０の電源能力によって、エンジン１１１を急速充電動作点や最適燃費動作点で運転できない場合であっても、補電制御を行うことで並行充電による素早いバッテリ１２の充電を可能にすることができる。

また電気駆動式車両１では、並行充電中にバッテリ充電量が設定値βよりも大きくなった場合にエンジン１１１を停止させる。このため電気駆動式車両１では、ユーザにとって必要最低限のバッテリ充電量までは並行充電によって素早い充電を可能にするとともに、それ以上のバッテリ充電量については外部電源４０のみによる充電を可能にすることで、より経済的な充電を可能にすることができる。
また電気駆動式車両１では、並行充電中に並行充電不要状態になった場合にエンジン１１１を停止させる。このため電気駆動式車両１では、バッテリ１２の充電を完了させるにあたって必要以上に発電装置１１の発電が行われることを防止でき、これによってもより経済的な充電を可能にすることができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これ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種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では電気駆動式車両１がシリーズハイブリッド方式の電気駆動式車両である場合について説明した。しかしながら本発明において必ずしもこれに限られず、電気駆動式車両はエンジンと電動モータとが共に駆動輪を駆動可能なパラレルハイブリッド方式の電気駆動式車両であってもよい。
また上述した実施例では電気駆動式車両１に着脱自在に搭載された発電装置１１が、発電装置である場合について説明した。しかしながら本発明おいては必ずしもこれに限られず、バッテリを充電可能な発電装置は、例えば電気駆動式車両に着脱自在に搭載された発電装置以外の発電装置であってもよい。

また上述した実施例では所定の閾値αが１００Ｖ電源によって供給可能な電力よりも大きく、且つ２００Ｖ電源および急速充電設備によって供給可能な電力それぞれよりも小さい値に設定されている場合について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、所定の閾値は例えば２００Ｖ電源が供給可能な電力よりも大きく、且つ急速充電設備が供給可能な電力よりも小さい値に設定されてもよい。
この点、バッテリの受け入れ可能電力は、急速充電設備が供給可能な電力以上であってもよく、この場合に所定の閾値は急速充電設備が供給可能な電力以上、且つバッテリの受け入れ可能電力以下の値に設定されてもよい。

また上述した実施例では、管理手段が発電装置１１から供給される電力を管理するように実現される場合について説明した。
しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、管理手段はさらに外部電源４０から供給される電力を管理してもよい。この点、管理手段は具体的には例えば外部電源から供給される電力と発電装置から供給される電力との電力配分を管理するように実現されてもよい。
この場合には、例えば外部電源から供給される電力の電力料金が時間帯によって異なる場合に、当該電力料金の時間帯情報に応じて、電力料金が高い時間帯である場合よりも電力料金が安い時間帯である場合に外部電源から供給される電力の割合を増大させるとともに、これに応じてエンジンを停止する場合も含め、発電装置から供給される電力の割合を低下させることができる。
またこの場合には、例えば発電装置のエンジンに用いられる燃料の残量に応じて、所定の残量になった場合に外部電源から供給される電力の割合を増大させるとともに、これに応じてエンジンを停止する場合も含め、発電装置から供給される電力の割合を低下させることができる。
またこれらの場合に発電装置から供給される電力の割合を低下させるにあたっては、例えば急速充電動作点で運転していたエンジンを最適燃費動作点で運転することや、最適燃費動作点で運転していたエンジンを停止することなどができる。

また上述した実施例で車両側ＥＣＵ５０によって機能的に実現される各種の手段は、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。

１電気駆動式車両
１１発電装置
１１１エンジン
１２バッテリ
１３電動モータ
２０外部充電装置
３０充電ケーブル
４０外部電源
５０車両側ＥＣＵ
７１キースイッチ
７２並行充電要求スイッチ
７３急速充電要求スイッチ
７４操作パネル

Claims

走行に利用可能なバッテリが搭載されるとともに、外部電源による前記バッテリの充電が可能な電気駆動式車両であって、
前記外部電源から供給される電力が、前記バッテリの受け入れ可能電力に対して設定された所定の閾値よりも小さい場合に、前記バッテリを充電可能な発電装置による前記バッテリの充電を許可する制御手段を備える電気駆動式車両。
請求項１記載の電気駆動式車両であって、
前記外部電源および前記発電装置による前記バッテリの並行充電を行うか否かを選択可能な操作手段をさらに備え、
前記外部電源から供給される電力が前記所定の閾値よりも小さく、且つ前記操作手段が前記並行充電を行うように操作されている場合に、前記制御手段が、前記発電装置による前記バッテリの充電を許可する電気駆動式車両。
請求項１または２記載の電気駆動式車両であって、
前記バッテリを充電するにあたり、前記外部電源から供給される電力と、前記発電装置から供給される電力とのうち、少なくとも前記発電装置から供給される電力を管理する管理手段をさらに備える電気駆動式車両。