JP5257318B2 - 電気自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車に関する。
従来、この種の電気自動車としては、家屋に設けられたコンセントと車両に設けられたコネクタとをケーブルで連結することにより、車載された充電器を介して家屋の電源からの電力を車載されたバッテリへ供給してバッテリを充電するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、ケーブルが車両に設けたコネクタに連結されているが家屋に設けられたコンセントに連結されていない状態で充電器の異常を判定することにより、ケーブルがコネクタとコンセントとの両方に接続されるのを待って充電器の異常を判定するものに比してより迅速に充電器の異常を判定できるとしている。
特開２００９−１３６０７３号公報
一般に、電気自動車では、低温のバッテリを大きな電力で充放電するとバッテリが劣化することがあるため、バッテリが低温であるときにはバッテリを昇温させる昇温制御を行なうことが望ましい。こうした昇温制御としては、バッテリの充放電を繰り返すことが考えられるが、家屋の電源などの外部電源とバッテリとが接続されている状態でバッテリを充放電させると、こうした充放電に伴う高調波が外部電源に影響を与え、家屋内の電化製品などにも影響を与えてしまう。
本発明の電気自動車は、バッテリをより適正に昇温することを主目的とする。
本発明の電気自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電気自動車は、
走行用の動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、該バッテリからの電力を昇圧して前記電動機に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータと前記電動機との間に設けられ前記昇圧コンバータで昇圧した電圧を平滑する平滑コンデンサと、車外の電源である外部電源に接続されたときに前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電可能な充電器と、前記外部電源と前記充電器との接続および接続の解除を行なうリレーと、システム停止しているときに前記リレーが接続された状態で前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリが予め設定された所定蓄電量まで充電されるよう前記充電器と前記リレーとを制御する充電制御を実行する制御手段と、を備える電気自動車において、
前記制御手段は、前記充電制御を実行する際に前記バッテリの昇温を開始するために予め定められた所定の昇温開始条件が成立しているときには前記リレーの接続が解除された状態で前記バッテリの充電と放電とが繰り返されるよう前記昇圧コンバータと前記リレーとを制御する昇温制御を実行して該昇温制御の実行が終了した後に前記充電制御を実行する手段である
ことを特徴とする。
この本発明の電気自動車では、前記充電制御を実行する際に前記バッテリの昇温を開始するために予め定められた所定の昇温開始条件が成立しているときには、リレーの接続が解除された状態でバッテリの充電と放電とが繰り返されるよう昇圧コンバータとリレーとを制御する昇温制御を実行して昇温制御の実行が終了した後に充電制御を実行する。充電制御を実行する際に所定の昇温開始条件が成立しているときには、リレーの接続が解除された状態でバッテリを充放電させるから、バッテリを充放電させる際の高調波が外部電源に影響を与えるのを抑制しながらバッテリを充放電させてバッテリを昇温させることができる。また、昇温制御の実行が終了した後に充電制御を実行するから、バッテリの蓄電量を所定蓄電量にすることができる。この結果、バッテリをより適正に昇温させることができる。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ５０により実行される昇温制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、ガソリンや軽油などを燃料として用いる車軸に連結された図示しない駆動軸に動力を出力するエンジン２２と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸に接続されたモータＭＧと、モータＭＧを駆動するためのインバータ２４と、インバータ２４を介してモータＭＧと電力をやりとりする例えばリチウムイオン二次電池として構成されたバッテリ２６と、システムメインリレー２８を介してバッテリ２６と接続されバッテリ２６からの電力を昇圧してモータＭＧに供給する昇圧コンバータ３０と、昇圧コンバータ３０とモータＭＧとの間に接続され昇圧コンバータ３０で昇圧された電圧を平滑する平滑コンデンサ３２と、１００Ｖまたは２００Ｖの交流電力を供給する商用電源８０に接続されたときに商用電源８０からの電力を用いてバッテリ２６を充電する充電器４０と、エンジン２２の駆動制御やインバータ２４の図示しないスイッチング素子のスイッチング制御など車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）５０と、図示しない補機バッテリからの電力で作動してＨＶＥＣＵ５０の起動指示および起動停止指示を行なう電源用電子制御ユニット（以下、電源ＥＣＵという）５２と、を備える。
充電器４０は、バッテリ２６の出力端子にシステムメインリレー２８を介して接続された電力ライン２８ａ，２８ｂに接続されており、商用電源８０と充電器４０との電気的な接続や接続の解除を行なうケーブルリレー７６を有する充電ケーブル７０のプラグ７２が商用電源８０のコンセント８２に連結されると共に充電ケーブル７０のコネクタ７４がハイブリッド自動車２０のインレット４２に連結された状態でケーブルリレー７６がオンされているときに充電ケーブル７０を介して供給される商用電源８０からの交流電力を直流電力に変換する図示しないＡＣ／ＤＣコンバータと、ＡＣ／ＤＣコンバータからの直流電力の電圧を変換して電力ライン２８ａ，２８ｂに供給する図示しないＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。充電器４０は、充電器用電子制御ユニット（以下、充電ＥＣＵという）５４により制御されている。充電ＥＣＵ５４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、通信ポートとを備える。充電ＥＣＵ５４には、充電ケーブル７０からの電流を検出する電流センサ４４ａからの外部充電電流や充電ケーブル７０の電力ラインの電圧を検出する電圧センサ４４ｂからの外部電圧などが入力ポートを介して入力されている。充電ＥＣＵ５４からは、充電器４０のＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータの図示しないスイッチング素子をスイッチング制御するためのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、充電ＥＣＵ５４は、ＨＶＥＣＵ５０と通信ポートを介して接続されており、ＨＶＥＣＵ５０と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
ＨＶＥＣＵ５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭと、データを一時的に記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、通信ポートとを備える。ＨＶＥＣＵ５０には、電力ライン２８ａに取り付けられた電流センサ６０ａからの充放電電流Ｉｂや電力ライン２８ａ，２８ｂの間の電圧（バッテリ２６の出力端子間の電圧）を検出する電圧センサ６０ｂからの電池電圧Ｖｂ，バッテリ２６に取り付けられた温度センサ（図示せず）からの電池温度Ｔｂ，インバータ２４と昇圧コンバータ３０とを接続する電力ラインに取り付けられ昇圧コンバータ３０の昇圧後の電圧を検出する電圧センサ６２からの昇圧後電圧，充電器４０から供給される電流を検出する電流センサ６４からの充電器電流，充電ケーブル７０のコネクタ７４がインレット４２に連結されるとオンするスイッチ７８からのコネクタ信号，充電ケーブル７０のコネクタ７４がインレット４２に連結されると共に充電ケーブル７０のプラグ７２がコンセント８２に連結されるとＨＶＥＣＵ５０にパイロット信号を送信するコントロールパイロット回路７９からのパイロット信号，吸入空気量などエンジン２２の運転制御に必要なエンジン２２の運転状態を示す各種状態信号，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰやアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃなどエンジン２２やモータＭＧを駆動制御するために必要な各種信号などが入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ５０からは、システムメインリレー２８，７６，７８の各々への駆動信号や昇圧コンバータ３０，インバータ２４の各スイッチング素子へのスイッチング制御信号，エンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などエンジンの運転に必要な運転制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、ＨＶＥＣＵ５０は、電源ＥＣＵ５２や充電ＥＣＵ５４と通信ポートを介して接続されており、電源ＥＣＵ５２や充電ＥＣＵ５４と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。さらに、ＨＶＥＣＵ５０は、バッテリ２６を管理するために電流センサ６０ａにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ２６に蓄えられた蓄電容量の全容量に対する割合としての残容量ＳＯＣを演算したり、演算した残容量ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ２６を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、ＨＶＥＣＵ５０は、スイッチ７８からのコネクタ信号の電源ＥＣＵ５２への入力に伴って電源ＥＣＵ５２から送信される起動指示により起動して、その後システムメインリレー２８を閉じてバッテリ２６と昇圧コンバータ３０，充電器４０とを接続する。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、基本的には、アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度Ａｃｃなどに応じた駆動力で走行するようエンジン２２やモータＭＧが駆動制御される。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、基本的には、自宅や予め設定した充電ポイントに到達するときにエンジン２２の始動については十分に行なうことができる程度にバッテリ２６の残容量ＳＯＣが低くなるように走行中にバッテリ２６の充放電の制御が行なわれる。
さらに、実施例のハイブリッド自動車２０では、基本的には、自宅や予め設定した充電ポイントで車両をシステム停止した後に充電ケーブル７０が商用電源８０および充電器４０に接続されたときに、システムメインリレー２８，ケーブルリレー７６が閉じられて充電器４０を介して商用電源８０からの電力によりバッテリ２６を予め定めた残容量閾値Ｓｒｅｆ（例えば、７０％，７５％，８０％など）まで充電するよう充電器４０が制御される。
次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、車両をシステム停止した後にバッテリ２６を昇温させるためにバッテリ２６を充放電する際の動作について説明する。図２はＨＶＥＣＵ５０により実行される昇温制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、自宅や予め設定した充電ポイントで車両をシステム停止した後に充電ケーブル７０がインレット４２に接続されてコネクタ信号の入力に伴ってＨＶＥＣＵ５０が起動すると共にシステムメインリレー２８が閉じられた後に実行されるものとした。
昇温制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ５０は、まず、充電ケーブル７０がインレット４２およびコンセント８２に連結されているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。この判定は、充電ケーブル７０のコネクタ７４がインレット４２に連結されると共に充電ケーブル７０のプラグ７２がコンセント８２に連結されると入力されるパイロット信号に基づいて行なわれ、ＨＶＥＣＵ５０にパイロット信号が入力されているときに充電ケーブル７０がインレット４２およびコンセント８２に接続されているものとした。
充電ケーブル７０がインレット４２およびコンセント８２に接続されているときには（ステップＳ１００）、商用電源８０からの電力でバッテリ２６を充電すべきと判断して、続いて、予め定めた充放電電流でバッテリ２６と平滑コンデンサ３２との間でバッテリ２６の充電と放電とを比較的短い時間毎（例えば、２ｍｓ毎など）に繰り返すよう昇圧コンバータ３０のスイッチング素子をスイッチング制御してバッテリ２６の昇温を促進させるリプル昇温を実施するためのリプル昇温実施要件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。この判定は、バッテリ２６に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂとバッテリ２６の劣化を抑制するための昇温が必要な温度の上限として予め定めた閾値Ｔｂｒｅｆ（例えば、−１０℃，−５℃，０℃など）とを比較することにより行なわれ、電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆ以下であるときにリプル昇温実施要件が成立しているものとした。なお、ステップＳ１１０の判定は、バッテリ２６を充電してもよい最大許容電力である入力制限Ｗｉｎの絶対値｜Ｗｉｎ｜とバッテリ２６の劣化を抑制するための昇温が必要な入力制限Ｗｉｎの絶対値の上限として予め定めた閾値Ｗｉｎｒｅｆとを比較して、絶対値｜Ｗｉｎ｜が閾値Ｗｉｎｒｅｆ以下であるときにリプル昇温実施要件が成立しているものとしたり、バッテリ２６を放電してもよい最大許容電力である出力制限Ｗｏｕｔの絶対値｜Ｗｏｕｔ｜とバッテリ２６の劣化を抑制するための昇温が必要な出力制限Ｗｏｕｔの絶対値の上限として予め定めた閾値Ｗｏｕｔｒｅｆとを比較して、絶対値｜Ｗｏｕｔ｜が閾値Ｗｏｕｔｒｅｆ以下であるときにリプル昇温実施要件が成立しているものとしてもよい。リプル昇温実施要件が成立しているときには、充電ケーブル７０のケーブルリレー７６を開いてケーブルリレー７６による商用電源８０と充電器４０との接続を解除して（ステップＳ１２０）、リプル昇温を実施する（ステップＳ１３０）。リプル昇温は、予め定めた充放電電流でバッテリ２６と平滑コンデンサ３２との間でバッテリ２６の充電と放電とを比較的短い時間毎（例えば、２ｍｓ毎など）に繰り返すよう昇圧コンバータ３０のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行われる。こうして、バッテリ２６の充電と放電とを比較的短い時間で繰り返すことにより、バッテリ２６を昇温させることができる。この際に、ケーブルリレー７６を開いて商用電源８０と充電器４０との接続を解除した状態でバッテリ２６の充放電を繰り返すからから、バッテリ２６の充放電に伴って生じる高調波が商用電源８０に影響を与えることを抑制しながらバッテリ２６を昇温させることができる。こうしてリプル昇温を実施している最中に電池温度Ｔｂが閾値Ｔｂｒｅｆを超えたり、リプル昇温を開始してから経過時間がリプル昇温を継続する時間として予め定められた所定時間を経過したときには、リプル昇温を終了する（ステップＳ１４０）。
リプル昇温実施要件が成立していないとき（ステップＳ１１０）やリプル昇温を終了した後（ステップＳ１４０）は、バッテリ２６が満充電であるか否かを判定する（ステップＳ１５０）。この判定は、バッテリ２６の残容量ＳＯＣと残容量閾値Ｓｒｅｆとを比較することにより行なわれ、バッテリ２６の残容量ＳＯＣが残容量閾値Ｓｒｅｆ以上であるときにはバッテリ２６が満充電であるものとした。バッテリ２６が満充電であるときには、バッテリ２６を充電する必要がないと判断して、昇温制御ルーチンを終了し、バッテリ２６が満充電でないときには、バッテリ２６を充電すべきと判断して、ケーブルリレー７６を閉じて商用電源８０と充電器４０とを接続し（ステップＳ１６０）、バッテリ２６の充電を終了するための充電終了条件が成立するまで、商用電源８０からの電力によりバッテリ２６が充電されるよう充電指令を充電ＥＣＵ５４に送信する（ステップＳ１７０，Ｓ１８０）。充電指令を受信した充電ＥＣＵ５４は、充電器４０のＡＣ／ＤＣコンバータ，ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子を制御する。ここで、充電終了条件は、残容量ＳＯＣが残容量閾値Ｓｒｅｆ以上であるときに成立しているものとした。こうしてバッテリ２６を充電することにより、バッテリ２６を満充電にすることができる。
こうしてバッテリ２６を充電している最中に充電終了条件が成立したときには（ステップＳ１８０）、昇圧コンバータ３０の制御を停止してバッテリ２６の充電を終了して（ステップＳ１９０）、ステップＳ１１０の処理に戻る。今、リプル昇温が終了していると共にバッテリ２６が満充電であるため、ステップＳ１１０の処理，ステップＳ１５０の処理が順に実行されて、昇温制御ルーチンを終了する。なお、充電ケーブル７０がインレット４２およびコンセント８２に連結されていないときには（ステップＳ１００）、商用電源８０からの電力でバッテリ２６を充電できないためリプル昇温制御を実施する必要がないと判断して、直ちに、昇温制御ルーチンを終了する。こうした制御により、充電ケーブル７０がインレット４２とコンセント８２とに連結されていてバッテリ２６を充電する際にリプル昇温条件が成立しているときにはケーブルリレー７６を開いてリプル昇温を実施するから、リプル昇温に伴う高調波が商用電源８０に影響を与えるのを抑制しながらバッテリ２６を昇温させることができる。また、リプル昇温を実施した後にバッテリ２６が満充電でないときには、バッテリ２６を充電するから、バッテリ２６を満充電にすることができる。したがって、バッテリ２６をより適正に昇温することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、充電ケーブル７０がインレット４２とコンセント８２とに連結されていてリプル昇温条件が成立しているときにはケーブルリレー７６を開いてリプル昇温を実施し、リプル昇温を実施した後にバッテリが満充電でないときにはケーブルリレー７６を閉じて商用電源８０からの電力でバッテリ２６を充電するから、バッテリ２６をより適正に昇温させることができる。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータＭＧが「電動機」に相当し、バッテリ２６が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ３０が「昇圧コンバータ」に相当し、平滑コンデンサ３２が「平滑コンデンサ」に相当し、充電ケーブル７０と充電器４０とが「充電器」に相当し、ケーブルリレー７６が「リレー」に相当し、自宅や予め設定した充電ポイントで車両をシステム停止した後に充電器４０が商用電源８０に接続されたときにはケーブルリレー７６を閉じると共に充電器４０によって商用電源８０からの電力によりバッテリ２６を残容量閾値Ｓｒｅｆまで充電するよう充電器４０を制御する充電制御を実行したり、充電ケーブル７０がインレット４２に連結されていてリプル昇温条件が成立しているときにはケーブルリレー７６を開いてリプル昇温を実施し、リプル昇温を実施した後に充電制御を実行するＨＶＥＣＵ５０と充電ＥＣＵ５４とが「制御手段」に相当する。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電気自動車の製造産業などに利用可能である。
２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ インバータ、２６ バッテリ、２８ システムメインリレー、２８ａ，２８ｂ 電力ライン、３０ 昇圧コンバータ、３２ 平滑コンデンサ、４０ 充電器、４２ インレット、４４ａ，６０ａ，６４ 電流センサ、４４ｂ，６０ｂ 電圧センサ、５０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、５２ 電源用電子制御ユニット（電源ＥＣＵ）、５４ 充電器用電子制御ユニット（充電ＥＣＵ）、７０ 充電ケーブル、７２ プラグ、７４ コネクタ、７６ ケーブルリレー、７８ スイッチ、７９ コントロールパイロット回路、８０ 商用電源、８２ コンセント、ＭＧ モータ。

Claims (1)

  1. 走行用の動力を入出力可能な電動機と、該電動機と電力のやりとりが可能なバッテリと、該バッテリからの電力を昇圧して前記電動機に供給可能な昇圧コンバータと、前記昇圧コンバータと前記電動機との間に設けられ前記昇圧コンバータで昇圧した電圧を平滑する平滑コンデンサと、車外の電源である外部電源に接続されたときに前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリを充電可能な充電器と、前記外部電源と前記充電器との接続および接続の解除を行なうリレーと、システム停止しているときに前記リレーが接続された状態で前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリが予め設定された所定蓄電量まで充電されるよう前記充電器と前記リレーとを制御する充電制御を実行する制御手段と、を備える電気自動車において、
    前記制御手段は、前記充電制御を実行する際に前記バッテリの昇温を開始するために予め定められた所定の昇温開始条件が成立しているときには、前記リレーの接続が解除された状態で前記バッテリの充電と放電とが繰り返されるよう前記昇圧コンバータと前記リレーとを制御する昇温制御を実行して該昇温制御の実行が終了した後に前記充電制御を実行する手段である
    ことを特徴とする電気自動車。
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