JP7024444B2

JP7024444B2 - 電動車両

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Publication number: JP7024444B2
Application number: JP2018011711A
Authority: JP
Inventors: 英統山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-01-26
Also published as: JP2019129672A; CN110077244A; US10804715B2; US20190237979A1; CN110077244B

Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用の動力を出力する電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置を外部交流電源からの電力を用いて充電する充電装置を備える電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、外部電源からの電力を用いた充電器による蓄電装置の充電が終了したときには、充電器コンデンサの放電を行なった後に充電器リレーをオフするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動車両では、充電終了後に充電器コンデンサの放電を行なうことにより、次回の充電開始時に充電器コンデンサから車両側に流れる突入電流を防止している。

特開２０１０－１８３６７１号公報

上述の電動車両では、充電終了後に実行される充電器コンデンサの放電処理や充電器リレーのオフ処理などの充電終了処理を行なっている最中に車両の起動要求（走行準備処理の要求）がなされる場合がある。この場合、充電終了処理を完了してから走行準備処理を行なうことも考えられるが、起動要求が行なわれてから走行準備処理が完了するまでに時間を要してしまう。

本発明の電動車両は、充電終了処理の実行中に起動要求がなされたときでも迅速に走行準備処理を完了することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
走行用の動力を出力する電動機と、
前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
外部交流電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する充電装置と、
前記電動機と前記充電装置とを制御する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、前記充電装置による前記蓄電装置の充電を終了したときに実行される充電終了処理の実行中に走行準備処理の実行が要求されたときには、前記充電終了処理を中断して前記走行準備処理を実行し、前記走行準備処理が完了した後に前記充電終了処理を継続する、
ことを特徴とする。

この本発明の電動車両は、走行用の動力を出力する電動機と、電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、外部交流電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する充電装置と、電動機と充電装置とを制御する制御装置と、を備える。そして、充電装置による蓄電装置の充電を終了したときに実行される充電終了処理の実行中に走行準備処理の実行が要求されたときには、充電終了処理を中断して走行準備処理を実行し、走行準備処理が完了した後に充電終了処理を継続する。これにより、充電終了処理の実行中に走行準備処理の実行が要求されたときでも、迅速に走行準備処理を完了することができる。もとより、充電終了処理も完了するから、充電終了処理を完了できなかったことによる不都合も回避することができる。

こうした本発明の電動車両において、前記蓄電装置と前記充電装置との接続および接続の解除を行なう充電用リレーを備え、前記充電装置は平滑用の第１コンデンサを有し、前記充電終了処理は、前記第１コンデンサの電荷を放電する放電処理と、前記充電用リレーの溶着を検知する溶着検知処理と、を含み、前記制御装置は、前記充電終了処理として前記放電処理を完了した後に前記溶着検知処理を実行するものとしてもよい。こうすれば、放電処理と溶着検知処理とを同時に行なうことの不都合、例えば溶着の誤検知を抑止することができる。

この場合、前記充電装置は、前記外部交流電源に接続する接続部と、前記外部交流電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換部と、スイッチング素子を有し前記電力変換部からの直流電力の電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部と前記充電用リレー側とに接続されるトランスと、を備え、前記第１コンデンサは、前記昇圧部と前記トランスとの間に取り付けられており、前記放電処理は、前記昇圧部のスイッチング素子のスイッチングロスにより前記第１コンデンサの電荷を放電する処理であるものとしてもよい。こうすれば、放電処理によるトランスより充電用リレー側の電圧変化を抑制することができる。更にこの場合、前記充電装置は、前記トランスと前記充電用リレーとの間に平滑用の第２コンデンサを有し、前記溶着検知処理は、前記充電用リレーの各要素をオンオフしたときの前記第２コンデンサの電圧変化によって検知する処理であるものとしてもよい。

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。電子制御ユニット７０により実行される充電処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。充電中にコネクタ６２を引き抜いて充電終了処理を実行している最中にスタートスイッチ８０をオンとしたときの各処理の流れの一例を示す説明図である。

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、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、システムメインリレー３８と、充電用リレー５０と、充電装置６０と、電子制御ユニット７０と、を備える。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、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に接続されると共に高電圧側電力ライン４２に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタと、６つのダイオードと、を有する周知のインバータ回路として構成されている。

バッテリ３６は、例えば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、低電圧側電力ライン４４に接続されている。

昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２とバッテリ３６が接続される低電圧側電力ライン４４とに接続されている。昇圧コンバータ４０は、２つのトランジスタと、２つのダイオードと、リアクトルと、を有する周知の昇降圧コンバータ回路として構成されている。

システムメインリレー３８は、低電圧側電力ライン４４に取り付けられている。システムメインリレー３８は、低電圧側電力ライン４４の正極母線に設けられた正極側リレーＳＭＲＢと、低電圧側電力ライン４４の負極母線に設けられた負極側リレーＳＭＲＧと、負極側リレーＳＭＲＧをバイパスするようにプリチャージ用抵抗Ｒとプリチャージ用リレーＳＭＲＰとが直列接続されたプリチャージ回路と、を有する。

高電圧側電力ライン４２の正極母線と負極母線とには高電圧側コンデンサ４６が接続されており、低電圧側電力ライン４４の正極母線と負極母線とには低電圧側コンデンサ４８が取り付けられている。

充電用リレー５０は、バッテリ３６が接続された低電圧側電力ライン４４と充電装置６０が接続された第２充電用電力ライン６１ｂとに接続されており、オンオフすることにより、バッテリ３６に充電装置６０を接続したり接続を解除したりする。充電用リレー５０は、第２充電用電力ライン６１ｂの正極側ラインに設けられた正極側リレーＣＨＲＢと、第２充電用電力ライン６１ｂの負極側ラインに設けられた負極側リレーＣＨＲＧと、負極側リレーＣＨＲＧをバイパスするようにプリチャージ用抵抗Ｒとプリチャージ用リレーＣＨＲＰとが直列接続されたプリチャージ回路と、を有する。

充電装置６０は、コネクタ６２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４と、昇圧コンバータ６６と、トランス６８と、を備え、コネクタ６２を商用ＡＣ電源に接続した状態で商用ＡＣ電源からの電力を用いてバッテリ３６を充電する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ６４は、コネクタ６２と昇圧コンバータ６６とに接続されており、商用ＡＣ電源からの交流電力を直流電力に変換する周知のＡＣ／ＤＣコンバータ回路として構成されている。昇圧コンバータ６６は、２つのトランジスタと２つのダイオードと１つのリアクトルとからなる周知の昇圧コンバータ回路として構成されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４により変換された直流電力を電圧を昇圧して第１充電用電力ライン６１ａに供給する。トランス６８は、第１充電用電力ライン６１ａと第２充電用電力ライン６１ｂとに接続されおり、第１充電用電力ライン６１ａ側と第２充電用電力ライン６１ｂ側とを絶縁する。

第１充電用電力ライン６１ａには、平滑用の第１コンデンサ６７が取り付けられており、第２充電用電力ライン６１ｂには、平滑用の第２コンデンサ６９が接続されている。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６，図示しないフラッシュメモリ，図示しない入出力ポート、図示しない通信ポートなどを備える。

電子制御ユニット７０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。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、スタートスイッチ８０からのスタート信号ＳＴＳＷや、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速などを挙げることができる。また、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧ＶＢ、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流ＩＢも挙げることができる。高電圧側コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからの高電圧側コンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨや、低電圧側コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからの低電圧側コンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬも挙げることができる。さらに、第１充電用電力ライン６１ａに取り付けられた電圧センサ６７ａからの充電電圧Ｖｃｈｇ１や、第２充電用電力ライン６１ｂに取り付けられた電圧センサ６９ａからの充電電圧Ｖｃｈｇ２も入力されている。

電子制御ユニット７０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。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタへのスイッチング制御信号や，昇圧コンバータ４０のトランジスタへのスイッチング制御信号、システムメインリレー３８への駆動制御信号などを挙げることができる。また、充電用リレー５０への駆動制御信号や、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４への制御信号、昇圧コンバータ６６のトランジスタへのスイッチング制御信号なども挙げることができる。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に商用ＡＣ電源からの電力を用いたバッテリ３６の充電（以下、単に「外部充電」という。）を終了したときの動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される充電処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

充電処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、充電が終了するまで充電処理を繰り返し実行する（ステップＳ１００，Ｓ１１０）。充電処理は、バッテリ３６に流れる電流ＩＢと電圧ＶＢに応じて充電に必要な電力が充電装置６０から供給されるようにＡＣ／ＤＣコンバータ６４や昇圧コンバータ６６を制御する処理であるが、本発明の中核をなさないのでこれ以上の説明は省略する。充電の終了は、バッテリ３６の満充電を判定したときや、予め設定した充電時間が経過したとき、充電中にユーザ等がコネクタ６２を商用ＡＣ電源から引き抜いたときが相当する。

ステップＳ１１０で充電終了を判定すると、充電終了処理を開始する（ステップＳ１２０）。充電終了処理としては、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４や昇圧コンバータ６６の作動を停止する停止処理や、第１充電用電力ライン６１ａに取り付けられた第１コンデンサ６７の電荷を放電する放電処理、充電用リレー５０の正極側リレーＣＨＲＢおよび負極側リレーＣＨＲＧが溶着しているか否かの溶着診断処理、充電用リレー５０をオフするリレーオフ処理などがこの順に行なわれる。放電処理は、第２充電用電力ライン６１ｂの電圧になるべく影響を与えないように、昇圧コンバータ６６のトランジスタをスイッチングし、第１コンデンサ６７の電荷をスイッチングロスによる電力消費によって行なわれる。このため、放電処理にはある程度の時間（例えば３分や５分，７分など）を要する。溶着診断処理としては、例えば、プリチャージ用リレーＣＨＲＰだけをオンとした状態で正極側リレーＣＨＲＢをオンオフすることによる第２コンデンサ６９の電圧変化を用いる診断処理などを行なう。上述したように、放電処理は、第２充電用電力ライン６１ｂの電圧になるべく影響を与えないように昇圧コンバータ６６のトランジスタをスイッチングするが、僅かではあるが第２充電用電力ライン６１ｂの電圧に変化が生じる。一方、溶着診断処理は、第２コンデンサ６９の電圧変化を用いる。このため、放電処理と溶着診断処理とを同時に行なうと、溶着診断処理において誤診断する場合が生じる。実施例では、こうした誤診断を回避するために放電処理が完了した後に溶着診断処理を実行する。

充電終了処理を開始すると、充電終了処理が完了するまでにスタートスイッチ８０がオンされたか否かの判定を行なう（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）。スタートスイッチ８０がオンされることなく充電終了処理が完了したと判定したときには、これで本ルーチンを終了する。

一方、充電終了処理が完了するまでにスタートスイッチ８０がオンされたと判定したときには、充電終了処理を中断し（ステップＳ１５０）、走行準備処理を開始し（ステップＳ１６０）、走行準備処理が完了するのを待つ（ステップＳ１７０）。走行準備処理としては、昇圧コンバータ４０やインバータ３４、モータ３２などに異常が生じているか否かの異常診断処理や、システムメインリレー３８をオンするリレーオン処理などを挙げることができる。このように、充電終了処理を中断して走行準備処理を実行するから、充電終了処理を完了してから走行準備処理を実行する場合に比して、迅速に走行準備処理を完了することができる。

走行準備処理が完了すると、第１充電用電力ライン６１ａに取り付けられた第１コンデンサ６７に電荷が蓄えられているか否かを判定する（ステップＳ１８０）。この判定は、電圧センサ６７ａからの充電電圧Ｖｃｈｇ１により行なうことができる。第１コンデンサ６７に電荷があると判定したときには、充電終了処理における放電処理が未完了であると判断し、放電処理を実行し（ステップＳ１９０）、放電処理が完了するのを待つ（ステップＳ２００）。放電処理が完了したと判定したときには、溶着診断処理を実行し（ステップＳ２１０）、溶着診断処理が完了するのを待って（ステップＳ２２０）、充電用リレー５０をオフして（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。このように、放電処理を完了してから溶着診断処理を行なうことにより、溶着診断処理において誤診断が生じるのを抑制することができる。

ステップＳ１８０で第１コンデンサ６７に電荷は蓄えられていないと判定したときには、放電処理は完了していると判断し、溶着診断処理を実行して（ステップＳ２１０，Ｓ２２０）、充電用リレー５０をオフし（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。

図３は、充電中にコネクタ６２を引き抜いて充電終了処理を実行している最中にスタートスイッチ８０をオンとしたときの各処理の流れの一例を示す説明図である。なお、説明の用意のために、図３では充電終了処理としては溶電処理と溶着診断処理とリレーオフ処理が実行されるものとした。充電処理を実行している最中にコネクタ６２を引き抜いた時間Ｔ１に、充電処理が停止されると共に充電終了処理における放電処理が開始される。放電処理を実行している最中の時間Ｔ２にスタートスイッチがオンとされると、放電処理が中断されて走行準備処理が開始される。走行準備処理が完了した時間Ｔ３では、中断していた放電処理が再開され、放電処理が完了した時間Ｔ４に溶着診断処理が開始される。溶着診断処理が完了した時間Ｔ５には、充電用リレー５０がオフされて、充電処理ルーチンを終了する。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、充電終了と判定し、充電終了処理を実行している最中にスタートスイッチ８０がオンとされたときには、充電終了処理を中断して走行準備処理を実行する。これにより、充電終了処理を完了してから走行準備処理を実行する場合に比して、迅速に走行準備処理を完了することができる。

また、実施例の電気自動車２０では、走行準備処理を完了したときに第１コンデンサ６７に電荷が蓄えられているか否かを判定し、第１コンデンサ６７に電荷が蓄えられていると判定したときには放電処理を実行する。これにより、第１コンデンサ６７の電荷を確実に放電することができる。そして、放電処理が完了するのを待って充電用リレー５０の溶着診断処理を実行する。これにより、溶着診断処理において誤診断が生じるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、充電終了処理として、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４や昇圧コンバータ６６の停止処理や、第１コンデンサ６７の放電処理、充電用リレー５０の溶着診断処理、充電用リレー５０をオフするリレーオフ処理を実行するものとしたが、これらに限定されるものではなく、他の処理を含んでもよい。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、蓄電可能な装置であればよく、キャパシタなどを用いるものとしてもよい。

実施例では、モータ３２を備える電気自動車２０の形態とした。しかし、モータ３２に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の形態としてもよい。

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「電動機」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、充電装置６０が「充電装置」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。また、充電用リレー５０が「充電用リレー」に相当し、第１コンデンサ６７が「第１コンデンサ」に相当する。コネクタ６２が「接続部」に相当し、ＡＣ／ＤＣコンバータ６４が「電力変換部」に相当し、昇圧コンバータ６６が「昇圧部」に相当し、トランス６８が「トランス」に相当し、第２コンデンサ６９が「第２コンデンサ」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、電動車両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モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３６ｂ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ，６７ａ，６９ａ電圧センサ、３８システムメインリレー、４０昇圧コンバータ、４２高電圧側電力ライン、４４低電圧側電力ライン、４６高電圧側コンデンサ、４８低電圧側コンデンサ、５０充電用リレー、６０充電装置、６１ａ第１充電用電力ライン、６１ｂ第２充電用電力ライン、６２コネクタ、６４ＡＣ／ＤＣコンバータ、６６昇圧コンバータ、６７第１コンデンサ、６８トランス、６９第２コンデンサ、７０電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０スタートスイッチ８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、ＣＨＲＢ，ＳＭＲＢ正極側リレー、ＣＨＲＧ，ＳＭＲＧ負極側リレー、ＣＨＲＰ，ＳＭＲＰプリチャージ用リレー、Ｒプリチャージ用抵抗。

Claims

走行用の動力を出力する電動機と、
前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
外部交流電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する充電装置と、
前記電動機と前記充電装置とを制御する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、前記充電装置による前記蓄電装置の充電を終了したときに実行される充電終了処理の実行中に走行準備処理の実行が要求されたときには、前記充電終了処理を中断して前記走行準備処理を実行し、前記走行準備処理が完了した後に前記充電終了処理を継続するものであり、
前記走行準備処理は、前記電動機および前記電動機を駆動するためのインバータの異常診断処理と前記蓄電装置を前記電動機側に接続するシステムメインリレーのオン処理とを含む、
ことを特徴とする電動車両。
請求項１記載の電動車両であって、
前記蓄電装置と前記充電装置との接続および接続の解除を行なう充電用リレーを備え、
前記充電装置は、平滑用の第１コンデンサを有し、
前記充電終了処理は、前記第１コンデンサの電荷を放電する放電処理と、前記充電用リレーの溶着を検知する溶着検知処理と、を含み、
前記制御装置は、前記充電終了処理として前記放電処理を完了した後に前記溶着検知処理を実行する、
電動車両。
請求項２記載の電動車両であって、
前記充電装置は、前記外部交流電源に接続する接続部と、前記外部交流電源からの交流電力を直流電力に変換する電力変換部と、スイッチング素子を有し前記電力変換部からの直流電力の電圧を昇圧する昇圧部と、前記昇圧部と前記充電用リレー側とに接続されるトランスと、を備え、
前記第１コンデンサは、前記昇圧部と前記トランスとの間に取り付けられており、
前記放電処理は、前記昇圧部のスイッチング素子のスイッチングロスにより前記第１コンデンサの電荷を放電する処理である、
電動車両。
請求項３記載の電動車両であって、
前記充電装置は、前記トランスと前記充電用リレーとの間に平滑用の第２コンデンサを有し、
前記溶着検知処理は、前記充電用リレーの各要素をオンオフしたときの前記第２コンデンサの電圧変化によって検知する処理である、
電動車両。