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ハイブリッドカーの電源装置
説明

ハイブリッドカーの電源装置

【課題】車載充電器の収容スペースを省略することができ、かつ、重量およびコストを低減することができる、ハイブリッドカーの電源装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッドカー1では、複数個の電池パックB1〜Bnを電池接続部5に着脱可能に装着することができる。電池接続部5に装着された複数個の電池パックB1〜Bnは、互いに並列に接続されるとともに、DC/DCコンバータ7と接続される。DC/DCコンバータ7は、モータジェネレータ3から電池接続部5に装着された電池パックB1〜Bnへの充電および電池接続部5に装着された電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ3への放電を切り替えるための充放電回路8と接続されている。電池接続部5に接続された各電池パックB1〜Bnの出力電圧に基づいて、充放電回路8が制御されて、電池パックB1〜Bnの充電および放電が切り替えられる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ハイブリッドカーの電源装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンおよびモータを駆動源として搭載するハイブリッドカーの一種として、いわゆるプラグインハイブリッドカー(PHV:Plug-in Hybrid Vehicle)が知られている。
【0003】
プラグインハイブリッドカーには、走行用モータに電力を供給するためのバッテリが搭載されている。また、プラグインハイブリッドカーには、バッテリを充電するための車載充電器が搭載されている。そして、充電ケーブルの一端のプラグが商用交流電源(コンセント)に接続され、充電ケーブルの他端のプラグが車載充電器に接続されることにより、商用交流電源からの電力でバッテリが充電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−188601号公報
【特許文献2】特開2010−244873号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、プラグインハイブリッドカーでは、車載充電器を搭載するスペースが必要となる。また、プラグインハイブリッドカーの種々の使われ方を想定して、ある程度長い電動航続距離を確保するためには、大型のバッテリを搭載しなければならない。大型のバッテリを搭載すると、プラグインハイブリッドカーの重量およびコストが増大する。
【0006】
本発明の目的は、車載充電器の収容スペースを省略することができ、かつ、重量およびコストを低減することができる、ハイブリッドカーの電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記の目的を達成するため、本発明に係る電源装置が適用されるハイブリッドカーは、エンジンおよびモータを駆動源とし、前記モータを含む電気負荷を備えている。そして、前記電源装置は、発電機と、複数個の電池パックが着脱可能に装着され、その装着された前記電池パックを互いに並列に接続する電池接続部と、前記電池接続部に装着された各前記電池パックの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段によって検出される出力電圧に基づいて、前記発電機から前記電池パックへの充電および前記電池パックから前記電気負荷への放電を切り替える充放電制御手段とを含む。
【0008】
この電源装置が採用されたハイブリッドカーでは、複数個の電池パックを電池接続部に装着することができる。また、電池接続部に装着された電池パックは、電池接続部から個別に離脱させることができる。電池接続部に装着された複数個の電池パックは、互いに並列に接続される。
【0009】
そして、電池接続部に接続された各電池パックの出力電圧に基づいて、発電機から電池パックへの充電および電池パックから電気負荷への放電が切り替えられる。
【0010】
たとえば、電池パックの出力電圧から電池パックの充電状態が判断されて、電池パックの充電が十分である場合には、電池パックの出力電圧がモータに供給される。これにより、モータ単独の出力トルクまたはエンジンおよびモータの出力トルクでハイブリッドカーを走行させることができる。その結果、燃費の向上を図ることができる。
【0011】
また、電池パックの充電が不足している場合には、発電機で発生した電力が電池パックに供給される。これにより、電池パックを充電することができる。
【0012】
そして、電池パックが電池接続部から離脱可能であるので、十分に充電された電池パックを電池接続部から離脱させて、その電池パックをハイブリッドカーの外部で電源として使用することができる。たとえば、電池パックが電動アシスト自転車用の電池パックである場合には、ハイブリッドカー内で充電された電池パックを電池接続部から離脱させて、その電池パックを電動アシスト自転車に装着して使用することができる。
【0013】
また、電池パックを電池接続部から離脱させて、たとえば、家庭用充電器を用いて、商用交流電源からの電力で電池パックを充電することができる。そのため、ハイブリッドカーに車載充電器を搭載する必要がない。よって、ハイブリッドカー内から車載充電器の収容スペースを省略することができる。
【0014】
さらに、必要な電動航続距離に応じた個数の電池パックをハイブリッドカーに搭載することができるので、大型のバッテリが搭載された構成と比較して、重量およびコストを低減することができる。
【0015】
電池接続部に装着された電池パックと接続されて、電池パックに対して入出力される電圧を変圧するDC/DCコンバータと、特定の1個の電池パックである特定電池パック以外の各電池パックとDC/DCコンバータとを電気的に接続/切断するためのリレーが備えられていることが好ましい。この場合、電池接続部に電池パックが装着されたときに、特定電池パックの出力電圧とその装着された電池パックの出力電圧とが比較されて、それらの出力電圧の差が所定範囲内である場合に、その装着された電池パックに対応したリレーが接続されることが好ましい。
【0016】
これにより、出力電圧が相対的に高い電池パックから出力電圧が相対的に低い電池パックに電流が急激に流れることを防止できる。その結果、電池パックの劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、車載充電器の収容スペースを省略することができ、かつ、重量およびコストを低減することができる。また、ハイブリッドカーに着脱可能な電池パックをハイブリッドカー内で充電して、その電池パックに蓄積された電力をハイブリッドカーの内外において有効に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】図1は、本発明の一実施形態に係る電源装置が備えられたハイブリッドカーの要部構成を示すブロック図である。
【図2A】図2Aは、電池接続部の機械的構成を図解的に示す断面図であり、電池パックが装着されていない状態を示す。
【図2B】図2Bは、電池接続部の機械的構成を図解的に示す断面図であり、電池パックがホルダに差し込まれる途中の状態を示す。
【図2C】図2Cは、電池接続部の機械的構成を図解的に示す断面図であり、電池パックが倒伏された直後の状態を示す。
【図3】図3は、制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図4】図4は、本発明の他の実施形態に係る電源装置が備えられたハイブリッドカーの要部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【0020】
図1は、本発明の一実施形態に係る電源装置が備えられたハイブリッドカーの要部構成を示すブロック図である。
【0021】
ハイブリッドカー1は、エンジン2およびモータジェネレータ3を駆動源として搭載している。
【0022】
エンジン2は、たとえば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンであり、車両1の走行に必要な駆動力を発生する。エンジン2から出力される駆動力(エンジン出力)は、ハイブリッドカー1の駆動輪に伝達される。
【0023】
モータジェネレータ3は、DCブラシレスモータからなり、モータとしての機能と発電機(ジェネレータ)としての機能とを有している。モータジェネレータ3がモータとして機能するときには、モータジェネレータ3から出力される駆動力がハイブリッドカー1の駆動輪に伝達される。モータジェネレータ3が発電機として機能するときには、ハイブリッドカー1の駆動輪またはエンジン2から伝達される動力が電力に変換される。
【0024】
ハイブリッドカー1には、電源装置4が備えられている。
【0025】
電源装置4には、n(n:2以上の整数)個の電池パックB1,B2,・・・,Bnが装着される電池接続部5が含まれている。電池パックB1〜Bnは、たとえば、電動アシスト自転車の電源として使用可能なものであり、定格電圧25Vおよび充電容量10Ahのスペックを有している。また、電池パックB1〜Bnは、家庭用充電器(図示せず)を用いて、商用交流電源から充電することができる。
【0026】
電池パックB1〜Bnが電池接続部5に装着されると、それらの電池パックB1〜Bnは、電池接続部5に設けられた配線6で互いに並列に接続される。電池パックB1〜Bnは、電池接続部5から個別に離脱させることができるようになっている。
【0027】
また、電源装置4には、DC/DCコンバータ7および充放電回路8が備えられている。
【0028】
電池パックB1〜Bnが電池接続部4に装着されると、各電池パックB1〜BnがDC/DCコンバータ7と電気的に接続される。
【0029】
DC/DCコンバータ7と電池パックB2〜Bnのプラス端子とを接続する配線6の都中部には、それぞれリレーR2〜Rnが介装されている。
【0030】
充放電回路8は、モータジェネレータ3とDC/DCコンバータ7との間に介装されている。充放電回路8に含まれるスイッチング素子のオン/オフにより、モータジェネレータ3から電池パックB1〜Bnへの充電と、電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ3への放電(電力の供給)とを切り替えることができる。
【0031】
モータジェネレータ3で発生する電圧は、充放電回路8からDC/DCコンバータ7に入力され、DC/DCコンバータ7で昇圧されて、電池パックB1〜Bnに供給される。電池パックB1〜Bnから出力される電圧は、DC/DCコンバータ7で降圧されて、DC/DCコンバータ7から充放電回路8に入力され、充放電回路8で三相交流電圧に変換されて、モータジェネレータ3に供給される。
【0032】
また、電源装置4には、マイクロコンピュータからなる制御部9が備えられている。
【0033】
制御部9には、各電池パックB1〜Bnの出力電圧を検出する電圧センサVS1〜VSnの検出信号が入力されるようになっている。また、制御部9には、充電指令スイッチ10から出力されるオン/オフ信号が入力されるようになっている。充電指令スイッチ10は、たとえば、ハイブリッドカー1のインストルメントパネルに配置されている。
【0034】
制御部9は、電圧センサVS1〜VSnの検出信号および充電指令スイッチ10のオン/オフ信号に基づいて、充放電回路8に含まれるスイッチング素子およびリレーR2〜Rnのオン/オフを制御する。
【0035】
図2A,2B,2Cは、電池接続部の機械的構成を図解的に示す断面図である。
【0036】
電池接続部5は、たとえば、助手席のシート11の下方に配置されている。電池接続部5には、各電池パックB1〜Bnを個別に保持するホルダ12が備えられている。ホルダ12は、電池パックB1〜Bnを上方から受け入れる姿勢(図2A,2Bに示される姿勢)と、電池パックB1〜Bnをシート11の下方で倒伏させる姿勢(図2Cに示される姿勢)とに変位可能に設けられている。
【0037】
電池パックB1〜Bnが電池接続部5に対して装着されるときには、図2A,2Bに示されるように、シート11の後端部が前上方に持ち上げられる。そして、図2Bに示されるように、電池パックB1〜Bnがホルダ12に上方から差し込まれた後、図2Cに示されるように、電池パックB1〜Bnがホルダ12と一体的に倒伏される。これにより、電池パックB1〜Bnに設けられた端子(図示せず)と電池接続部5の配線6に備えられた端子(図示せず)とが結合し、電池パックB1〜Bnと配線6との電気的な接続が達成される。
【0038】
図3は、制御部によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【0039】
ハイブリッドカー1のイグニッションキースイッチがオンされている間、制御部9により、図3に示される処理が繰り返し実行される。
【0040】
図3に示される処理では、まず、各電圧センサVS1〜VSnの検出信号が参照されて、5V以上の電圧Vxを検出している電圧センサVS1〜VSnが存在するか否かが調べられる(ステップS1)。
【0041】
電圧センサVS1〜VSnのいずれも5V以上の電圧Vxを検出していない場合(ステップS1のNO)、電池接続部5に電池パックB1〜Bnが1個も接続されていないと判断される。そして、モータジェネレータ8から電池パックB1〜Bnへの充電および電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ8への放電の両方が禁止される(ステップS2:通常制御)。このとき、ハイブリッドカー1は、エンジン2から出力される駆動力のみによって走行する。
【0042】
電圧センサVS1〜VSnのいずれかが5V以上の電圧Vxを検出している場合(ステップS1のYES)、電圧センサVS1によって検出される電池パックB1の出力電圧V1と電圧Vxとの電圧差V1−Vxの絶対値が1未満であるか否かが調べられる(ステップS3)。
【0043】
電圧差V1−Vxの絶対値が1未満である場合には(ステップS3のYES)、電圧Vxを出力している電池パックB2〜Bnに対応するリレーR2〜Rnがオンされて、リレーR2〜Rnの接点が閉じられる(ステップS4)。
【0044】
つづいて、電池接続部5に装着されているすべての電池パックB2〜Bnに対応するリレーR2〜Rnがオンされているか(接点が閉じられているか)否かが調べられる(ステップS5)。
【0045】
電池接続部5に装着されているすべての電池パックB2〜Bnに対応するリレーR2〜Rnがオンされていない場合には(ステップS5のNO)、図3に示される処理が最初から実行される。
【0046】
一方、電圧差V1−Vxの絶対値が1未満でない場合には(ステップS3のNO)、電圧Vxが電圧センサVS1によって検出される電池パックB1の出力電圧V1と1との加算値V1+1以上であるか否かが判断される(ステップS6)。
【0047】
電圧Vxが加算値V1+1以上である場合(ステップS6のYES)、電池パックB1の充電量が不足していると判断されて、モータジェネレータ8から電池パックB1への充電が許可される(ステップS7:充電制御)。このとき、充電指令スイッチ10がオンされていると、モータジェネレータ8から電池パックB1に電力が供給され、電池パックB1が充電される。そして、図3に示される処理が最初から実行される。
【0048】
なお、充電指令スイッチ10は、たとえば、イグニッションキースイッチのオンと連動して自動的にオンにされてもよいし、通常はオフにされ、ハイブリッドカー1の使用者によってオンにされてもよい。
【0049】
電圧Vxが加算値V1+1未満である場合(ステップS6のNO)、つまり電圧Vxが電圧センサVS1によって検出される電池パックB1の出力電圧V1から1を減じた減算値V1−1以下である場合には、電池パックB1の出力電圧V1が電圧Vxよりも高すぎると判断される。この場合、電池パックB1からモータジェネレータ8に電力が供給され、電池パックB1に蓄えられている電力が消費(放電)される(ステップS8:放電制御)。その後、図3に示される処理が最初から実行される。
【0050】
このように、電圧差V1−Vxの絶対値が1未満でない場合には、電池パックB1の出力電圧V1が電圧Vxと一致するように、電池パックB1の充電または放電が行われる。
【0051】
そして、図3に示す処理が繰り返されるうちに、電圧差V1−Vxの絶対値が1未満になると(ステップS3のYES)、電圧Vxを出力している電池パックB2〜Bnに対応するリレーR2〜Rnがオンされて、リレーR2〜Rnの接点が閉じられる(ステップS4)。
【0052】
また、図3に示す処理が繰り返されるうちに、電池接続部5に装着されているすべての電池パックB2〜Bnに対応するリレーR2〜Rnがオンになると(ステップS5のYES)、すべての電池パックB1〜Bnに対する充電および放電が許可される(ステップS9:プラグイン制御)。このとき、制御部9により、ハイブリッドカー1の走行状況に応じて、充放電回路8に含まれるスイッチング素子のオン/オフが制御され、モータジェネレータ8から電池パックB1〜Bnへの充電と、電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ8への放電とが切り替えられる。
【0053】
以上のように、ハイブリッドカー1では、複数個の電池パックB1〜Bnを電池接続部5に装着することができる。また、電池接続部5に装着された電池パックB1〜Bnは、電池接続部5から個別に離脱させることができる。電池接続部5に装着された複数個の電池パックB1〜Bnは、互いに並列に接続されるとともに、DC/DCコンバータ7と接続される。DC/DCコンバータ7は、モータジェネレータ3から電池接続部5に装着された電池パックB1〜Bnへの充電および電池接続部5に装着された電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ3への放電を切り替えるための充放電回路8と接続されている。
【0054】
そして、電池接続部5に接続された各電池パックB1〜Bnの出力電圧に基づいて、充放電回路8が制御されて、モータジェネレータ3から電池パックB1〜Bnへの充電および電池パックB1〜Bnからモータジェネレータ3への放電が切り替えられる。
【0055】
たとえば、電池パックB1〜Bnの出力電圧から電池パックB1〜Bnの充電状態が判断されて、電池パックB1〜Bnの充電が十分である場合には、電池パックB1〜Bnの出力電圧がDC/DCコンバータ7で変圧され、変圧後の電圧がモータジェネレータ3に供給される。これにより、モータジェネレータ3の出力トルクまたはエンジンおよびモータジェネレータ3の出力トルクでハイブリッドカー1を走行させることができる。その結果、燃費の向上を図ることができる。
【0056】
また、電池パックB1〜Bnの充電が不足している場合には、モータジェネレータ3で発生した電力がDC/DCコンバータ7で変圧され、変圧後の電圧が電池パックB1〜Bnに供給される。これにより、電池パックB1〜Bnを充電することができる。
【0057】
そして、電池パックB1〜Bnが電池接続部5から離脱可能であるので、十分に充電された電池パックB1〜Bnを電池接続部5から離脱させて、その電池パックB1〜Bnをハイブリッドカー1の外部で電源として使用することができる。たとえば、ハイブリッドカー1内で充電された電池パックB1〜Bnを電池接続部5から離脱させて、その電池パックB1〜Bnを電動アシスト自転車に装着して使用することができる。
【0058】
また、電池パックB1〜Bnを電池接続部5から離脱させて、家庭用充電器を用いて、商用交流電源からの電力で電池パックを充電することができる。そのため、ハイブリッドカー1に車載充電器を搭載する必要がない。よって、ハイブリッドカー1内から車載充電器の収容スペースを省略することができる。
【0059】
さらに、必要な電動航続距離に応じた個数の電池パックB1〜Bnをハイブリッドカーに搭載することができるので、大型のバッテリが搭載された構成と比較して、重量およびコストを低減することができる。
【0060】
特定の1個の電池パックB1以外の各電池パックB2〜BnとDC/DCコンバータ7とを電気的に接続/切断するためのリレーR2〜Rnが備えられている。そして、電池接続部5に電池パックB1〜Bnが装着されたときに、特定の電池パックB1の出力電圧V1とその装着された電池パックB2〜Bnの出力電圧Vxとが比較されて、それらの電圧差V1−Vxの絶対値が1未満である場合に、その装着された電池パックB2〜Bnに対応したリレーR2〜Rnが接続される。
【0061】
これにより、出力電圧が相対的に高い電池パックB1〜Bnから出力電圧が相対的に低い電池パックB1〜Bnに電流が急激に流れることを防止できる。その結果、電池パックB1〜Bnの劣化を防止することができる。
【0062】
図4は、本発明の他の実施形態に係る電源装置が備えられたハイブリッドカーの要部構成を示すブロック図である。図4において、図1に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。
【0063】
図4に示される電源装置41には、電池接続部5、配線6、制御部9、充電指令スイッチ10、バッテリ42およびDC/DCコンバータ43が備えられている。また、車両1には、図1に示されるモータジェネレータ3に代えて、ハイブリッドカー1の駆動輪またはエンジン2から伝達される動力を電力に変換するオルタネータ44が備えられている。
【0064】
バッテリ42は、たとえば、車載用12V電池である。バッテリ42は、オルタネータ44から出力される直流電圧によって充電される。
【0065】
DC/DCコンバータ43は、配線6を介して電池パックB1〜Bnと電気的に接続されている。また、DC/DCコンバータ43は、バッテリ42と電気的に接続されている。DC/DCコンバータ43は、電池パックB1〜Bnから出力される電圧を降圧してバッテリ42に供給する。これにより、電池パックB1〜Bnからバッテリ42への放電(バッテリ42の充電)が達成される。また、バッテリ42から出力される電圧を昇圧して電池パックB1〜Bnに供給する。これにより、バッテリ42から電池パックB1〜Bnへの充電が達成される。
【0066】
このようなDC/DCコンバータ43の機能は、制御部9がDC/DCコンバータ43に含まれるスイッチング素子のオン/オフを制御することによって実現される。
【0067】
この電源装置41においても、図3に示す処理が実行されることにより、図1に示される電源装置4と同様の作用効果を奏することができる。
【0068】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【0069】
たとえば、電池パックB1〜Bnに蓄えられている電力は、モータジェネレータ3に以外に、ハイブリッドカー1に搭載されている補機、ヘッドライトおよびワイパモータなどの電気負荷に供給されてもよい。
【0070】
また、制御部9により、電圧センサVS1〜VSnの出力に基づいて、各電池パックB1〜Bnの充電量が求められ、その求められた各充電量がカーナビゲーションシステムのディスプレイなどに表示されてもよい。
【0071】
さらには、各電池パックB1〜Bnに対応して、充電指令スイッチが設けられ、ディスプレイに表示された各電池パックB1〜Bnの充電量を確認した使用者が充電指令スイッチを操作して、優先して充電される電池パックB1〜Bnを選択できるようにされてもよい。
【0072】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0073】
1 ハイブリッドカー
2 エンジン
3 モータジェネレータ(モータ、発電機)
4 電源装置
5 電池接続部
7 DC/DCコンバータ
8 充放電回路
9 制御部(充放電制御手段、リレー制御手段)
41 電源装置
42 バッテリ(電気負荷)
43 DC/DCコンバータ
44 オルタネータ(発電機)
B1〜Bn 電池パック
VS1〜VSn 電圧検出手段
R2〜Rn リレー

【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンおよびモータを駆動源とし、前記モータを含む電気負荷を備えるハイブリッドカーの電源装置であって、
発電機と、
複数個の電池パックが着脱可能に装着され、その装着された前記電池パックを互いに並列に接続する電池接続部と、
前記電池接続部に装着された各前記電池パックの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段によって検出される出力電圧に基づいて、前記発電機から前記電池パックへの充電および前記電池パックから前記電気負荷への放電を切り替える充放電制御手段とを含む、ハイブリッドカーの電源装置。
【請求項2】
前記電池接続部に装着された前記電池パックと接続されて、前記電池パックに対して入出力される電圧を変圧するDC/DCコンバータと、
特定の1個の前記電池パックである特定電池パック以外の各前記電池パックと前記DC/DCコンバータとを電気的に接続/切断するためのリレーと、
前記電池接続部に前記電池パックが装着されたときに、前記電圧検出手段によって検出される前記特定電池パックの出力電圧とその装着された前記電池パックの出力電圧とを比較して、それらの出力電圧の差が所定範囲内である場合に、その装着された前記電池パックに対応した前記リレーを接続するリレー制御手段とをさらに含む、請求項1に記載のハイブリッドカーの電源装置。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−112303(P2013−112303A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−262794(P2011−262794)
【出願日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(000002967)ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Fターム(参考)】