JP6288133B2 - 自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、モータと高電圧バッテリと充電器と２つのＤＣ／ＤＣコンバータとを備える自動車に関する。
従来、この種の自動車としては、走行用のモータと、第１電力ラインを介してモータと接続された組電池と、第１電力ラインに接続されると共に外部電源からの電力を用いて組電池を充電可能な充電器と、第２電力ラインに接続された補機電池と、第１電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って第２電力ラインに供給可能な第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、充電器に内蔵されると共に第１電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って第２電力ラインに供給可能な第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１３／０９８９０４号
上述の自動車では、外部電源からの電力が比較的小さいときには、外部電源からの電力を用いて充電器によって組電池を充電する外部充電の実行時間が長くなり過ぎる可能性がある。また、外部電源からの電力が比較的小さく且つ第１ＤＣ／ＤＣコンバータや第２ＤＣ／ＤＣコンバータによって第２電力ラインに供給する電力が比較的大きいときには、組電池の充電電力が一時的に比較的小さくなる（例えばゼロ付近やマイナスになる）ことがあり得る。このため、組電池の充電が完了する前でも組電池の充電電力が比較的小さくなったときに充電器を駆動停止する仕様の場合、組電池の充電量をあまり確保できない可能性がある。
本発明の自動車は、外部電源からの電力が比較的小さいときに、外部電源からの給電時間が長くなり過ぎるのを抑止すると共に高電圧バッテリの充電量を少なくともある程度確保することを主目的とする。
本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の自動車は、
走行用のモータと、
高電圧系電力ラインを介して前記モータと接続された高電圧バッテリと、
前記高電圧系電力ラインに接続され、外部電源からの電力を用いて前記高電圧バッテリを充電可能な充電器と、
低電圧系電力ラインに接続された低電圧バッテリと、
前記高電圧系電力ラインと前記低電圧系電力ラインとに接続され、前記高電圧系電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って前記低電圧系電力ラインに供給可能な第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記高電圧系電力ラインにおける前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータよりも前記充電器側と前記低電圧系電力ラインとに接続され、前記高電圧系電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って前記低電圧系電力ラインに供給可能な第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記外部電源からの電力を用いて前記充電器によって前記高電圧バッテリを充電する外部充電を行なう際には、前記高電圧バッテリの蓄電割合が目標割合となるように前記充電器を制御する制御手段と、
を備える自動車であって、
前記制御手段は、前記外部電源からの電力が所定電力以下のときには、前記高電圧バッテリの蓄電割合が前記目標割合に至るか前記外部充電の開始から所定時間が経過したときに、前記外部充電を終了する手段である、
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、外部電源からの電力が所定電力以下のときには、高電圧バッテリの蓄電割合が目標割合に至るか外部充電の開始から所定時間が経過したときに、外部充電を終了する。したがって、外部充電の実行時間を所定時間以下とすることにより、外部電源からの給電時間が長くなり過ぎるのを抑止することができる。また、外部充電を高電圧バッテリの蓄電割合が目標割合に至るか開始から所定時間が経過するまで実行する（継続する）ことにより、高電圧バッテリの充電電力が一時的に比較的小さくなった（例えばゼロ付近やマイナスになった）ときに直ちに外部充電を終了するものに比して、高電圧バッテリの充電量を少なくともある程度確保することができる。
本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のメインＥＣＵ８０によって実行される充電監視ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
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２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、高電圧バッテリ４０と、充電器５０と、低電圧バッテリ６０と、メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０と、サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２と、システムメインリレーＳＭＲと、充電用リレーＣＨＲと、メイン電子制御ユニット（以下、「メインＥＣＵ」という）８０と、を備える。
モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられ、高電圧系電力ライン４４に接続されている。モータ３２は、メインＥＣＵ８０によって、インバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。高電圧バッテリ４０は、例えば定格電圧が２００Ｖ，２５０Ｖ，３００Ｖなどのリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、高電圧系電力ライン４４を介してインバータ３４と接続されている。
充電器５０は、高電圧系電力ライン４４に接続されており、車両側コネクタ５２が外部電源９０の電源側コネクタ９２と接続されているときに、外部電源９０からの電力を用いて高電圧バッテリ４０を充電できるように構成されている。この充電器５０は、車両側コネクタ５２が電源側コネクタ９２と接続されているときに、メインＥＣＵ８０によって制御されることにより、外部電源９０からの電力を高電圧バッテリ４０側に供給する。
低電圧バッテリ６０は、例えば定格電圧が１２Ｖなどの鉛蓄電池として構成されており、低電圧系電力ライン６４に接続されている。この低電圧系電力ライン６４には、ヘッドライト，ルームランプ，オーディオシステム，パワーウインドウ，シートヒータなどの複数の補機や、メインＥＣＵ８０などの電子制御ユニットも接続されている。
メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、高電圧系電力ライン４４と低電圧系電力ライン６４とに接続されている。このメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０は、メインＥＣＵ８０によって制御されることにより、高電圧系電力ライン４４の電力を電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン６４に供給する。
サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０よりも定格出力が小さいＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されている。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、高電圧系電力ライン４４におけるメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０よりも充電器５０側と低電圧系電力ライン６４とに接続されている。実施例では、サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、充電器５０に内蔵されているものとした。このサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、メインＥＣＵ８０によって制御されることにより、高電圧系電力ライン４４の電力を電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン６４に供給する。
システムメインリレーＳＭＲは、高電圧系電力ライン４４における高電圧バッテリ４０とインバータ３４やメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０との間に設けられており、メインＥＣＵ８０によって制御されることにより、オンオフして、高電圧バッテリ４０側とインバータ３４やメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０側との接続および接続の解除を行なう。
充電用リレーＣＨＲは、高電圧系電力ライン４４における高電圧バッテリ４０と充電器５０やサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２との間に設けられており、メインＥＣＵ８０によって制御されることにより、オンオフして、高電圧バッテリ４０側と充電器５０やサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２側との接続および接続の解除を行なう。
メインＥＣＵ８０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，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートなどを備える。メインＥＣＵ８０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。
メインＥＣＵ８０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサからのモータ３２の回転子の回転位置，高電圧バッテリ４０の端子間に取り付けられた電圧センサ４０ａからの電圧Ｖｂ１，高電圧バッテリ４０の出力端子に取り付けられた電流センサ４０ｂからの電流Ｉｂ１などを挙げることができる。また、充電器５０に取り付けられた各種センサからの信号，車両側コネクタ５２に取り付けられて車両側コネクタ５２と外部電源９０の電源側コネクタ９２とが接続されているか否かを判定する接続スイッチ５４からの接続信号なども挙げることができる。さらに、低電圧バッテリ６０の端子間に取り付けられた電圧センサ６０ａからの電圧Ｖｂ２，低電圧バッテリ６０の出力端子に取り付けられた電流センサ６０ｂからの電流Ｉｂ２なども挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチからのイグニッション信号，シフトポジションセンサからのシフトポジションＳＰ，アクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度，ブレーキペダルポジションセンサからのブレーキペダルポジション，車速センサからの車速なども挙げることができる。
メインＥＣＵ８０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。メインＥＣＵ８０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号，充電器５０への制御信号，複数の補機への制御信号，メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０への制御信号，サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２への制御信号，システムメインリレーＳＭＲへの制御信号，充電用リレーＣＨＲへの制御信号などを挙げることができる。
メインＥＣＵ８０は、電流センサ４０ｂからの高電圧バッテリ４０の電流Ｉｂ１の積算値に基づいて高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１を演算したり、電流センサ６０ｂからの低電圧バッテリ６０の電流Ｉｂ２の積算値に基づいて低電圧バッテリ６０の蓄電割合ＳＯＣ２を演算したりしている。
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、メインＥＣＵ８０は、自宅や充電ステーションなどの充電ポイントで駐車しているときに、車両側コネクタ５２と外部電源９０の電源側コネクタ９２とが接続されると、充電用リレーＣＨＲをオンとして、外部電源９０からの電力を用いて高電圧バッテリ４０が充電されるように充電器５０を制御する。以下、こうした外部電源９０からの電力を用いた充電器５０による高電圧バッテリ４０の充電を「外部充電」という。
この外部充電の際において、メインＥＣＵ８０は、サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２を駆動して低電圧系電力ライン６４に給電するサブ側給電処理を行なったり、メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０を駆動して低電圧系電力ライン６４に給電するメイン側給電処理を行なったりする。実施例では、サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２の定格出力がメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０の定格出力よりも小さいことを考慮して、低電圧系電力ライン６４にそれほど大きい電力を供給する必要がないときには、サブ側給電処理を行ない、低電圧系電力ライン６４に比較的大きい電力を供給する必要があるときには、メイン側給電処理を行なうものとした。低電圧系電力ライン６４に比較的大きい電力を供給する必要があるときとしては、低電圧バッテリ６０を充電する必要があるとき（低電圧バッテリ６０の電圧Ｖｂ２や蓄電割合ＳＯＣ２が閾値未満に低下したとき）を挙げることができる。また、メイン側給電処理を行なうためには、システムメインリレーＳＭＲをオンとする必要がある。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、外部充電を監視する際の動作について説明する。図２は、実施例のメインＥＣＵ８０によって実行される充電監視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、外部充電を開始したときに実行される。
充電監視ルーチンが実行されると、メインＥＣＵ８０は、まず、低電力充電モードであるか否かを判定する（ステップＳ１００）。実施例では、外部電源９０からの供給電力Ｐｐｓを閾値Ｐｐｓｒｅｆと比較し、外部電源９０からの供給電力Ｐｐｓが閾値Ｐｐｓｒｅｆよりも大きいときには、低電力充電モードでないと判定し、外部電源９０からの供給電力Ｐｐｓが閾値Ｐｐｓｒｅｆ以下のときには、低電力充電モードであると判定するものとした。ここで、外部電源９０からの供給電力Ｐｐｓは、外部電源９０を備える外部充電装置から通信によって入力して用いたり、充電器５０の入力電力を供給電力Ｐｐｓとして充電ＥＣＵ５６から通信によって入力して用いたりすることができる。閾値Ｐｐｓｒｅｆは、例えば、８００Ｗ，９００Ｗ，１０００Ｗなどを用いることができる。
ステップＳ１００で低電力充電モードでないと判定されたときには、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１を入力する（ステップＳ１１０）。ここで、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１は、電流センサ４０ｂからの高電圧バッテリ４０の電流Ｉｂの積算値に基づいて演算された値を入力するものとした。
そして、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１を目標割合ＳＯＣ＊と比較し（ステップＳ１２０）、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊未満のときには、ステップＳ１１０に戻る。そして、ステップＳ１１０，Ｓ１２０の処理を繰り返し実行して、ステップＳ１２０で高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊以上に至ったときに、外部充電を終了して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。ここで、目標割合ＳＯＣ＊は、高電圧バッテリ４０の充電を終了する蓄電割合ＳＯＣ１として定められ、例えば、８０％，８５％，９０％などを用いることができる。
ステップＳ１００で低電力充電モードであると判定されたときには、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１と低電力充電モードでの外部充電を開始してからの経過時間ｔとを入力する（ステップＳ１３０）。ここで、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１の入力方法については上述した。低電力充電モードでの外部充電を開始してからの経過時間ｔは、低電力充電モードでの外部充電を開始したときに値０から計時を開始したタイマの計時値を入力するものとした。
続いて、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１を目標割合ＳＯＣ＊と比較し（ステップＳ１４０）、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊未満のときには、低電力充電モードでの外部充電を開始してからの経過時間ｔを所定時間Ｔ１と比較する（ステップＳ１５０）。ここで、所定時間Ｔ１は、低電力充電モードでないときに高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１を比較的低い（例えば、３０％、３５％、４０％など）状態から目標割合ＳＯＣ＊まで上昇させるのに要する時間Ｔ２よりもある程度長い時間として定められる。例えば、所定時間Ｔ２として１５時間，１５．５時間，１６時間などを用いるときに、所定時間Ｔ１として２２時間，２３時間，２４時間などを用いることができる。
ステップＳ１４０で高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊未満で且つステップＳ１５０で低電力充電モードでの外部充電を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｔ１未満のときには、ステップＳ１３０に戻る。そして、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０の処理を繰り返し実行して、ステップＳ１４０で高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊以上に至ったときや、ステップＳ１３０で高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣ１が目標割合ＳＯＣ＊未満でもステップＳ１５０で低電力充電モードでの外部充電を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｔ１以上に至ったときには、外部充電を終了して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。したがって、外部充電の実行時間を所定時間Ｔ１以下とすることにより、外部電源からの給電時間が長くなり過ぎるのを抑止することができる。また、外部充電を高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣが目標割合ＳＯＣ＊に至るか開始から所定時間が経過するまで実行する（継続する）ことにより、高電圧バッテリ４０の充電電力が一時的に比較的小さくなった（例えばゼロ付近やマイナスになった）ときに外部充電を終了するものに比して、高電圧バッテリ４０の充電量を少なくともある程度確保することができる。
以上説明した実施例の電気自動車２０では、低電力充電モードのときには、高電圧バッテリ４０の蓄電割合ＳＯＣが目標割合ＳＯＣ＊以上に至るか外部充電の開始から所定時間Ｔ１が経過したときに、外部充電を終了する。これにより、外部電源からの給電時間が長くなり過ぎるのを抑止することができると共に、高電圧バッテリ４０の充電量を少なくともある程度確保することができる。
実施例の電気自動車２０では、モータ３２とインバータ３４と高電圧バッテリ４０と充電器５０と低電圧バッテリ６０とメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０とサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２とを備える構成とした。しかし、図３の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、モータ３２とインバータ３４と高電圧バッテリ４０と充電器５０と低電圧バッテリ６０とメインＤＣ／ＤＣコンバータ７０とサブＤＣ／ＤＣコンバータ７２とに加えて、エンジン１２２とプラネタリギヤ１２４とモータ１３２とインバータ１３４とを備える構成としてもよい。ここで、プラネタリギヤ１２４のサンギヤにはモータ１３２が接続され、キャリヤにはエンジン１２２が接続され、リングギヤには駆動軸２６およびモータ３２が接続されている。インバータ３４は、モータ１３２の駆動に用いられ、インバータ３４と共に高電圧系電力ライン４４に接続されている。
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３２が「モータ」に相当し、高電圧バッテリ４０が「高電圧バッテリ」に相当し、充電器５０が「充電器」に相当し、低電圧バッテリ６０が「低電圧バッテリ」に相当し、メインＤＣ／ＤＣコンバータ７０が「第１ＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、サブＤＣ／ＤＣコンバータ７２が「第２ＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、メインＥＣＵ８０が「制御手段」に相当する。
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
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、自動車の製造産業などに利用可能である。
２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２，１３２ モータ、３４，１３４ インバータ、４０ 高電圧バッテリ、４０ａ，６０ａ 電圧センサ、４０ｂ，６０ｂ 電流センサ、４４ 高電圧系電力ライン、５０ 充電器、５２ 車両側コネクタ、５４ 接続スイッチ、６０ 低電圧バッテリ、６４ 低電圧系電力ライン、７０ メインＤＣ／ＤＣコンバータ、７２ サブＤＣ／ＤＣコンバータ、８０ メインＥＣＵ、９０ 外部電源、９２ 電源側コネクタ、１２０ ハイブリッド自動車、１２２ エンジン、１２４ プラネタリギヤ、ＣＨＲ 充電用リレー、ＳＭＲ システムメインリレー。

Claims (1)

  1. 走行用のモータと、
    高電圧系電力ラインを介して前記モータと接続された高電圧バッテリと、
    前記高電圧系電力ラインに接続され、外部電源からの電力を用いて前記高電圧バッテリを充電可能な充電器と、
    低電圧系電力ラインに接続された低電圧バッテリと、
    前記高電圧系電力ラインと前記低電圧系電力ラインとに接続され、前記高電圧系電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って前記低電圧系電力ラインに供給可能な第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記高電圧系電力ラインにおける前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータよりも前記充電器側と前記低電圧系電力ラインとに接続され、前記高電圧系電力ラインの電力を電圧の降圧を伴って前記低電圧系電力ラインに供給可能な第２ＤＣ／ＤＣコンバータと、
    前記外部電源からの電力を用いて前記充電器によって前記高電圧バッテリを充電する外部充電を行なう際には、前記高電圧バッテリの蓄電割合が目標割合となるように前記充電器を制御する制御手段と、
    を備える自動車であって、
    前記制御手段は、前記外部充電の開始時に前記外部電源からの電力が所定電力以下のときには、前記高電圧バッテリの蓄電割合が前記目標割合に至るか前記外部充電の開始から所定時間が経過したときに、前記外部充電を終了し、前記外部充電の開始時に前記外部電源からの電力が前記所定電力よりも大きいときには、前記外部充電の開始からの経過時間に拘わらずに前記高電圧バッテリの蓄電割合が前記目標割合に至ったときに、前記外部充電を終了する手段である、
    自動車。
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