外部電源から充電可能な電動車両
【課題】メインバッテリと補機バッテリを搭載した電動車両に外部電源から充電する際に、充電時間を短縮することが可能な技術を提供する。
【解決手段】本明細書は、外部電源から充電可能な電動車両を開示する。その電動車両は、モータに電力を供給するためのメインバッテリと、補機に電力を供給するための補機バッテリを備えている。その電動車両では、外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う。
【解決手段】本明細書は、外部電源から充電可能な電動車両を開示する。その電動車両は、モータに電力を供給するためのメインバッテリと、補機に電力を供給するための補機バッテリを備えている。その電動車両では、外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電源から充電可能な電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部電源からメインバッテリに電力を充電しておいて、その電力を利用してモータを駆動することで走行可能な電動車両が知られている。多くの場合、この種の電動車両は、モータを駆動するために高電圧を出力するメインバッテリとは別に、定格電圧が低い補機に電力を供給するために低電圧を出力する補機バッテリを備えている。特許文献１には、外部電源から供給される電力によって、メインバッテリと補機バッテリの双方に充電する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、外部電源から充電する際に、まず補機バッテリの充電を急速充電制御により実行し、補機バッテリの充電が完了すると、メインバッテリへの充電に注力する。従って、補機バッテリの充電が完了するまでは、メインバッテリへの充電に利用される電力が低減し、メインバッテリへの充電が完了するまでの時間が長引いてしまう。外部電源から充電する際には、例えば充電装置における電力損失など、種々の要因による電力損失が存在しており、充電時間が長引いてしまうと、それだけ電力損失も増大して、充電効率を低下させてしまうことになる。
【０００５】
本明細書では上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、メインバッテリと補機バッテリを搭載した電動車両に外部電源から充電する際に、充電時間を短縮することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、外部電源から充電可能な電動車両を開示する。その電動車両は、モータに電力を供給するためのメインバッテリと、補機に電力を供給するための補機バッテリを備えている。その電動車両では、外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う。
【０００７】
なお、本明細書では、外部電源から電動車両へ供給可能な電力を最大限に利用した状態でメインバッテリへの充電を行うことを、メインバッテリへの通常充電という。メインバッテリへの通常充電は、いわゆる定電圧充電制御で行われることもあるし、定電力充電制御で行われることもある。また、本明細書では、メインバッテリへの通常充電の後に行われる、外部電源から電動車両へ供給可能な電力に余力のある状態でメインバッテリへの充電を行うことを、メインバッテリへの押込充電という。メインバッテリへの押込充電は、いわゆる定電流充電制御で行われることもあるし、定電力充電制御で行われることもある。
【０００８】
上記の電動車両では、メインバッテリへの通常充電の際には、補機バッテリへの充電を行わないので、外部電源から供給可能な電力の大部分をメインバッテリの充電に利用することができる。メインバッテリの通常充電を短時間で行うことができる。その後、メインバッテリへの押込充電の際には、外部電源から供給可能な電力の余力を利用して補機バッテリへの充電を行う。メインバッテリへの押込充電と並行して補機バッテリへの充電を行っても、充電時間が長引いてしまうことはない。上記の電動車両によれば、メインバッテリと補機バッテリの双方への充電を短時間で完了することができるので、充電時の電力損失の影響を軽減し、充電効率を向上することができる。
【０００９】
上記の電動車両は、外部電源から供給された電力を変換してメインバッテリおよび補機バッテリに供給される電力を出力する充電装置と、充電装置と補機バッテリの間に設けられた降圧回路をさらに備えており、外部電源から充電する際に、充電装置が出力する電力を高く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整し、その後に、充電装置が出力する電力を低く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整することが好ましい。例えば、外部電源から充電する際、まず、充電装置が出力する電力を予め定められた第１電力に調整するとともに降圧回路の補機バッテリ側電圧を予め定められた第１電圧に調整する。次いで、充電装置が出力する電力を第１電力よりも低い第２電力に調整するとともに降圧回路の補機バッテリ側電圧を第１電圧よりも高い第２電圧に調整する。
【００１０】
上記の電動車両によれば、外部電源から充電する際に、まず充電装置が出力する電力を高くし、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整することで、補機バッテリへの充電を行わずに、メインバッテリへの通常充電を行うことができる。その後に、充電装置が出力する電力を低くし、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整することで、補機バッテリへの充電を行いながら、メインバッテリへの押込充電を行うことができる。充電装置や降圧回路は、外部電源からメインバッテリや補機バッテリへ充電を行う従来の電動車両にも用いられている。上記の電動車両によれば、充電時間を短縮するための新たな装置等を電動車両に追加することなく、既存の充電装置や降圧回路の動作を制御することによって、充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例のハイブリッド自動車１０の電力系のブロック図である。
【図２】従来技術における、外部電源４８から供給された電力の配分を示す図である。
【図３】第１実施例における、外部電源４８から供給された電力の配分を示す図である。
【図４】第２実施例のハイブリッド自動車１００の電力系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施例）
図面を参照して本実施例のハイブリッド自動車１０を説明する。図１に、ハイブリッド自動車１０の電力系のブロック図を示す。
【００１３】
ハイブリッド自動車１０は、エンジン（図示せず）の動力を利用して走行することもできるし、メインバッテリ１２の電力を利用して走行することもできる。エンジンの動力を利用して走行する場合には、エンジンが発生させた動力の一部を駆動輪（図示せず）に直接伝達する一方、エンジンの動力の残りを用いて第１モータ１４で発電し、第１モータ１４が発電した電力で第２モータ１６を駆動することで、駆動輪を回転させる。なお、エンジンを始動させる際には、メインバッテリ１２からの電力を第１モータ１４に供給し、第１モータ１４をセルモータとして機能させる。メインバッテリ１２の電力を利用して走行する場合には、メインバッテリ１２からの電力で第２モータ１６を駆動することで、駆動輪を回転させる。
【００１４】
メインバッテリ１２は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。ハイブリッド自動車１０は、エンジンの動力を用いて第１モータ１４で発電し、第１モータ１４で発電した電力をメインバッテリ１２に充電することができる。また、走行中のハイブリッド自動車１０が減速する際に、第２モータ１６で回生発電し、第２モータ１６で発電した電力をメインバッテリ１２に充電することもできる。
【００１５】
メインバッテリ１２の電圧は、電圧センサ１８により検出される。メインバッテリ１２を流れる電流は、電流センサ２０により検出される。本実施例の電流センサ２０は、メインバッテリ１２からの順電流（放電電流）の大きさを検出することもできるし、メインバッテリ１２への逆電流（充電電流）の大きさを検出することもできる。
【００１６】
メインバッテリ１２はＳＭＲ（System Main Relays）２２を介して電力系統に接続されている。ＳＭＲ２２は、メインスイッチ２４、２６と、プリチャージスイッチ２８と、プリチャージ抵抗３０を備えている。プリチャージスイッチ２８とプリチャージ抵抗３０は直列に接続されており、それらは、メインスイッチ２６に対して並列に接続されている。ＳＭＲ２２は、いわゆるプリチャージ回路を構成している。
【００１７】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、メインバッテリ１２から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ１４や第２モータ１６の駆動に適した電圧まで昇圧する。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、第１モータ１４や第２モータ１６が発電した電力の電圧を、メインバッテリ１２への充電に適した電圧まで降圧することもできる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、昇圧回路ということもできるし、降圧回路ということもできる。本実施例では、メインバッテリ１２の電圧は約３００Ｖであり、第１モータ１４および第２モータ１６の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。ＳＭＲ２２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の低圧側電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ３４が設けられている。
【００１８】
三相インバータ３６は、メインバッテリ１２から供給される直流電力を、第１モータ１４や第２モータ１６の駆動のための三相交流電力に変換する。また、三相インバータ３６は、第１モータ１４や第２モータ１６が発電した三相交流電力を、メインバッテリ１２へ充電するための直流電力に変換することもできる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と三相インバータ３６の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の高圧側電圧を平滑化する第２平滑コンデンサ３８と、第２平滑コンデンサ３８を放電するための放電抵抗４０が設けられている。
【００１９】
ハイブリッド自動車１０は、パワーステアリングやエアコン等の補機４２へ電力を供給する補機バッテリ４４を備えている。補機バッテリ４４は鉛電池等の二次電池である。本実施例では、補機バッテリ４４の電圧は１３Ｖ〜１４．５Ｖである。ＳＭＲ２２と補機バッテリ４４の間には、メインバッテリ１２と補機バッテリ４４の間で電圧を降圧する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が設けられている。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、メインバッテリ１２側の電圧を降圧して補機バッテリ４４側へ出力する。後述するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側の出力電圧は、制御装置６０によって変更することができる。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、降圧回路ということもできる。
【００２０】
ハイブリッド自動車１０は、メインバッテリ１２および補機バッテリ４４に外部電源４８から充電することもできる、いわゆるプラグイン・ハイブリッド自動車である。外部電源４８は一般的な商用１００Ｖ電源である。本明細書では、外部電源４８からの充電をプラグイン充電ともいう。
【００２１】
外部電源４８からの充電は、ＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）５０を介して行う。ＥＶＳＥ５０は、家庭用の交流１００Ｖコンセントを介して外部電源４８からの電力を取得する。ＥＶＳＥ５０から伸びる充電プラグ５２を、ハイブリッド自動車１０のコネクタ５４に接続することで、ＥＶＳＥ５０から充電装置５６に電力が供給される。
【００２２】
充電装置５６は、充電リレー５８を介して、ＳＭＲ２２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の間に接続されている。充電装置５６は、変圧器、整流器および安定化回路等を備えており、ＥＶＳＥ５０からの交流電力を所望の直流電力に変換して、ハイブリッド自動車１０の電力系統に供給する。
【００２３】
制御装置６０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、三相インバータ３６、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６、充電装置５６等の動作を制御する。
【００２４】
以下では、ハイブリッド自動車１０に外部電源４８から充電する際の動作について説明する。外部電源４８からメインバッテリ１２に充電する際には、まず通常充電を行い、その後に押込充電を行う。
【００２５】
メインバッテリ１２への通常充電においては、充電装置５６の出力電力が所定値（例えば３ｋＷ）となるように、充電装置５６の動作が制御される。これにより、メインバッテリ１２への通常充電が行われる。
【００２６】
本実施例のハイブリッド自動車１０では、上記のようなメインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電を行わないようにする。具体的には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がされない電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧下限値（例えば１３Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電が行われない。
【００２７】
メインバッテリ１２への通常充電が終了すると、次いでメインバッテリ１２への押込充電を行う。本実施例では、メインバッテリ１２へ充電される電力が目標値（例えば０．５ｋＷ）となるように、充電装置５６の動作をフィードバック制御する。メインバッテリ１２へ充電される電力は、電圧センサ１８の検出値と電流センサ２０の検出値から算出することができる。
【００２８】
本実施例のハイブリッド自動車１０では、上記のようなメインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電を行う。具体的には、メインバッテリ１２への押込充電が開始すると、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がなされる電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧上限値（例えば１４．５Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電が行われる。
【００２９】
図２は、従来技術のように、メインバッテリ１２への通常充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行う場合の、外部電源４８からＥＶＳＥ５０を介して供給される電力の配分を示している。ＥＶＳＥ５０から供給される電力の一部は、充電装置５６や第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６等における消費電力（図２における「システム損失」）と、補機４２における消費電力（図２における「補機消費」）に費やされる。ＥＶＳＥ５０から供給される電力の残りが、メインバッテリ１２や補機バッテリ４４の充電に用いられる。メインバッテリ１２の充電に利用される電力が多いほど、通常充電は短時間で終了する。しかしながら、メインバッテリ１２への通常充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行うと、メインバッテリ１２の充電に利用される電力が低減してしまい、それだけ充電時間が長引いてしまうことになる。充電時間が長引くことにより、上記のシステム損失や補機消費が増大し、充電効率が低下してしまう。
【００３０】
図３は、本実施例のように、メインバッテリ１２への押込充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行う場合の、外部電源４８からＥＶＳＥ５０を介して供給される電力の配分を示している。通常充電と異なり、押込充電においては、メインバッテリ１２の充電に利用される電力はもともと小さく、ＥＶＳＥ５０から供給可能な電力に余力がある。そのため、メインバッテリ１２への押込充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行っても、充電時間が長引いてしまうことがない。短時間で充電を完了することができるので、上記のシステム損失や補機消費を低減し、充電効率を向上することができる。
【００３１】
なお、本実施例のように、ＥＶＳＥ５０からのプラグイン充電によって補機バッテリ４４への充電を行っておくことで、ハイブリッド自動車１０の走行中に、第１モータ１４や第２モータ１６が回生発電した電力で補機バッテリ４４を充電する機会が少なくなる。これにより、ハイブリッド自動車１０の航続可能距離を伸ばすことができる。
【００３２】
（第２実施例）
以下では図４を参照しながら、本実施例のハイブリッド自動車１００について説明する。本実施例のハイブリッド自動車１００は、第１実施例のハイブリッド自動車１０とほぼ同様の構成を備えている。以下では本実施例のハイブリッド自動車１００について、第１実施例のハイブリッド自動車１０とは相違する特徴について説明する。
【００３３】
本実施例のハイブリッド自動車１００では、充電装置５６が、充電リレー５８を介して、メインバッテリ１２とＳＭＲ２２の間に接続されている。このような構成とすることで、ＳＭＲ２２が遮断した状態、すなわちメインバッテリ１２が電力系統から切り離された状態のまま、メインバッテリ１２への充電を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施例のハイブリッド自動車１００では、充電装置５６の出力が、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０を介して、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６と補機バッテリ４４の間に接続されている。このような構成とすることで、ＳＭＲ２２が遮断されてメインバッテリ１２が電力系統から切り離されており、従って第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が動作できない状態においても、補機バッテリ４４への充電を行うことが可能となる。
【００３５】
本実施例のハイブリッド自動車１００では、プラグイン充電における補機バッテリ４４への充電の制御を、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０によって行う。すなわち、メインバッテリ１２への通常充電を行う際には、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がされない電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧下限値（例えば１３Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電が行われない。
【００３６】
また、メインバッテリ１２への押込充電を行う際には、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がなされる電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧上限値（例えば１４．５Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電が行われる。
【００３７】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のハイブリッド自動車１０、１００は、メインバッテリ１２と補機バッテリ４４を備える。メインバッテリ１２は、走行用の駆動力を出力するモータ（第１モータ１４と第２モータ１６）に供給する電力を蓄えるバッテリである。補機バッテリ４４は、補機に供給する電力を蓄えるバッテリである。補機とは、駆動電圧がモータの駆動電圧よりも低い電気デバイスの総称であり、例えば、パワーステアリングやエアコンなどである。補機バッテリ４４の出力電圧（実施例では１３Ｖ〜１４．５Ｖ）は、メインバッテリ１２の出力電圧（実施例では３００Ｖ）よりも低い。
【００３８】
ハイブリッド車１０、１００は、外部電源を使ってメインバッテリ１２と補機バッテリ４４を充電することができる。充電のためのデバイスとして、車両外部から供給される交流電力を、メインバッテリ１２の出力電圧よりも高い電圧の直流電力に変換するＡＣＤＣコンバータ（充電装置５６）と、ＡＣＤＣコンバータの出力電圧を降圧する降圧コンバータ（第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６あるいは第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０）を備える。ＡＣＤＣコンバータの出力は、メインバッテリ１２と、降圧コンバータの高電圧側に接続されている。降圧コンバータの低電圧側は、補機バッテリ４４に接続されている。ハイブリッド車１０、１００は、充電開始からの第１期間の間、降圧コンバータの低電圧側の出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも低い第１電圧に設定してメインバッテリ１２だけを充電する。その状態での所定期間の充電の後、ハイブリッド車１０、１００は、降圧コンバータの低電圧側の出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも高い第２電圧に設定し、メインバッテリ１２とともに補機バッテリ４４を充電する。
【００３９】
また、ハイブリッド車１０、１００は、第１期間の間、降圧コンバータの低電圧側出力電圧を補機バッテリ４４の電圧よりも低い第１電圧に設定するとともに、充電装置５６が出力する電力の大きさを第１電力（実施例では３ｋＷ）に設定する。そして、第１期間に続く期間では、降圧コンバータの低電圧側出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも高い第２電圧に設定するとともに、充電装置５６が出力する電力の大きさを第１電力よりも低い第２電力（実施例では、メインバッテリ充電分の０．５ｋＷ＋補機バッテリ充電分の電力であり、例えば１．０ｋＷである）に設定する。第１の期間が実施例における通常充電の期間に相当し、第１の期間に続く期間が実施例における押込充電の期間に相当する。第１期間において充電装置５６が出力する第１電力は、充電装置５６が出力可能な最大値であることが好ましいが、これに限られるものではない。
【００４０】
以上の実施例においては、電動車両がハイブリッド自動車１０，１００である場合を例として説明したが、本明細書が開示する技術は、電動車両がエンジンを備えていない電気自動車である場合についても適用することも可能である。
【００４１】
以上の実施例においては、メインバッテリ１２への通常充電が定電力充電制御により行われる場合について説明したが、メインバッテリ１２への通常充電は定電圧充電制御により行われてもよい。
【００４２】
以上の実施例においては、メインバッテリ１２への押込充電が定電力充電制御により行われる場合について説明したが、メインバッテリ１２への押込充電は定電流充電制御により行われてもよい。
【００４３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１００ ハイブリッド自動車
１２ メインバッテリ
１４ 第１モータ
１６ 第２モータ
１８ 電圧センサ
２０ 電流センサ
２２ ＳＭＲ
２４，２６ メインスイッチ
２８ プリチャージスイッチ
３０ プリチャージ抵抗
３２ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
３４ 第１平滑コンデンサ
３６ 三相インバータ
３８ 第２平滑コンデンサ
４０ 放電抵抗
４２ 補機
４４ 補機バッテリ
４６ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
４８ 外部電源
５０ ＥＶＳＥ
５２ 充電プラグ
５４ コネクタ
５６ 充電装置
５８ 充電リレー
６０ 制御装置
７０ 第３ＤＣ／ＤＣコンバータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部電源から充電可能な電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部電源からメインバッテリに電力を充電しておいて、その電力を利用してモータを駆動することで走行可能な電動車両が知られている。多くの場合、この種の電動車両は、モータを駆動するために高電圧を出力するメインバッテリとは別に、定格電圧が低い補機に電力を供給するために低電圧を出力する補機バッテリを備えている。特許文献１には、外部電源から供給される電力によって、メインバッテリと補機バッテリの双方に充電する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３６５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、外部電源から充電する際に、まず補機バッテリの充電を急速充電制御により実行し、補機バッテリの充電が完了すると、メインバッテリへの充電に注力する。従って、補機バッテリの充電が完了するまでは、メインバッテリへの充電に利用される電力が低減し、メインバッテリへの充電が完了するまでの時間が長引いてしまう。外部電源から充電する際には、例えば充電装置における電力損失など、種々の要因による電力損失が存在しており、充電時間が長引いてしまうと、それだけ電力損失も増大して、充電効率を低下させてしまうことになる。
【０００５】
本明細書では上記課題を解決する技術を提供する。本明細書では、メインバッテリと補機バッテリを搭載した電動車両に外部電源から充電する際に、充電時間を短縮することが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書は、外部電源から充電可能な電動車両を開示する。その電動車両は、モータに電力を供給するためのメインバッテリと、補機に電力を供給するための補機バッテリを備えている。その電動車両では、外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う。
【０００７】
なお、本明細書では、外部電源から電動車両へ供給可能な電力を最大限に利用した状態でメインバッテリへの充電を行うことを、メインバッテリへの通常充電という。メインバッテリへの通常充電は、いわゆる定電圧充電制御で行われることもあるし、定電力充電制御で行われることもある。また、本明細書では、メインバッテリへの通常充電の後に行われる、外部電源から電動車両へ供給可能な電力に余力のある状態でメインバッテリへの充電を行うことを、メインバッテリへの押込充電という。メインバッテリへの押込充電は、いわゆる定電流充電制御で行われることもあるし、定電力充電制御で行われることもある。
【０００８】
上記の電動車両では、メインバッテリへの通常充電の際には、補機バッテリへの充電を行わないので、外部電源から供給可能な電力の大部分をメインバッテリの充電に利用することができる。メインバッテリの通常充電を短時間で行うことができる。その後、メインバッテリへの押込充電の際には、外部電源から供給可能な電力の余力を利用して補機バッテリへの充電を行う。メインバッテリへの押込充電と並行して補機バッテリへの充電を行っても、充電時間が長引いてしまうことはない。上記の電動車両によれば、メインバッテリと補機バッテリの双方への充電を短時間で完了することができるので、充電時の電力損失の影響を軽減し、充電効率を向上することができる。
【０００９】
上記の電動車両は、外部電源から供給された電力を変換してメインバッテリおよび補機バッテリに供給される電力を出力する充電装置と、充電装置と補機バッテリの間に設けられた降圧回路をさらに備えており、外部電源から充電する際に、充電装置が出力する電力を高く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整し、その後に、充電装置が出力する電力を低く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整することが好ましい。例えば、外部電源から充電する際、まず、充電装置が出力する電力を予め定められた第１電力に調整するとともに降圧回路の補機バッテリ側電圧を予め定められた第１電圧に調整する。次いで、充電装置が出力する電力を第１電力よりも低い第２電力に調整するとともに降圧回路の補機バッテリ側電圧を第１電圧よりも高い第２電圧に調整する。
【００１０】
上記の電動車両によれば、外部電源から充電する際に、まず充電装置が出力する電力を高くし、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整することで、補機バッテリへの充電を行わずに、メインバッテリへの通常充電を行うことができる。その後に、充電装置が出力する電力を低くし、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整することで、補機バッテリへの充電を行いながら、メインバッテリへの押込充電を行うことができる。充電装置や降圧回路は、外部電源からメインバッテリや補機バッテリへ充電を行う従来の電動車両にも用いられている。上記の電動車両によれば、充電時間を短縮するための新たな装置等を電動車両に追加することなく、既存の充電装置や降圧回路の動作を制御することによって、充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例のハイブリッド自動車１０の電力系のブロック図である。
【図２】従来技術における、外部電源４８から供給された電力の配分を示す図である。
【図３】第１実施例における、外部電源４８から供給された電力の配分を示す図である。
【図４】第２実施例のハイブリッド自動車１００の電力系のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施例）
図面を参照して本実施例のハイブリッド自動車１０を説明する。図１に、ハイブリッド自動車１０の電力系のブロック図を示す。
【００１３】
ハイブリッド自動車１０は、エンジン（図示せず）の動力を利用して走行することもできるし、メインバッテリ１２の電力を利用して走行することもできる。エンジンの動力を利用して走行する場合には、エンジンが発生させた動力の一部を駆動輪（図示せず）に直接伝達する一方、エンジンの動力の残りを用いて第１モータ１４で発電し、第１モータ１４が発電した電力で第２モータ１６を駆動することで、駆動輪を回転させる。なお、エンジンを始動させる際には、メインバッテリ１２からの電力を第１モータ１４に供給し、第１モータ１４をセルモータとして機能させる。メインバッテリ１２の電力を利用して走行する場合には、メインバッテリ１２からの電力で第２モータ１６を駆動することで、駆動輪を回転させる。
【００１４】
メインバッテリ１２は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池である。ハイブリッド自動車１０は、エンジンの動力を用いて第１モータ１４で発電し、第１モータ１４で発電した電力をメインバッテリ１２に充電することができる。また、走行中のハイブリッド自動車１０が減速する際に、第２モータ１６で回生発電し、第２モータ１６で発電した電力をメインバッテリ１２に充電することもできる。
【００１５】
メインバッテリ１２の電圧は、電圧センサ１８により検出される。メインバッテリ１２を流れる電流は、電流センサ２０により検出される。本実施例の電流センサ２０は、メインバッテリ１２からの順電流（放電電流）の大きさを検出することもできるし、メインバッテリ１２への逆電流（充電電流）の大きさを検出することもできる。
【００１６】
メインバッテリ１２はＳＭＲ（System Main Relays）２２を介して電力系統に接続されている。ＳＭＲ２２は、メインスイッチ２４、２６と、プリチャージスイッチ２８と、プリチャージ抵抗３０を備えている。プリチャージスイッチ２８とプリチャージ抵抗３０は直列に接続されており、それらは、メインスイッチ２６に対して並列に接続されている。ＳＭＲ２２は、いわゆるプリチャージ回路を構成している。
【００１７】
第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、メインバッテリ１２から供給される電力の電圧を、必要に応じて第１モータ１４や第２モータ１６の駆動に適した電圧まで昇圧する。また、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、第１モータ１４や第２モータ１６が発電した電力の電圧を、メインバッテリ１２への充電に適した電圧まで降圧することもできる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、昇圧回路ということもできるし、降圧回路ということもできる。本実施例では、メインバッテリ１２の電圧は約３００Ｖであり、第１モータ１４および第２モータ１６の駆動に用いる電圧は約６００Ｖである。ＳＭＲ２２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の低圧側電圧を平滑化する第１平滑コンデンサ３４が設けられている。
【００１８】
三相インバータ３６は、メインバッテリ１２から供給される直流電力を、第１モータ１４や第２モータ１６の駆動のための三相交流電力に変換する。また、三相インバータ３６は、第１モータ１４や第２モータ１６が発電した三相交流電力を、メインバッテリ１２へ充電するための直流電力に変換することもできる。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と三相インバータ３６の間には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の高圧側電圧を平滑化する第２平滑コンデンサ３８と、第２平滑コンデンサ３８を放電するための放電抵抗４０が設けられている。
【００１９】
ハイブリッド自動車１０は、パワーステアリングやエアコン等の補機４２へ電力を供給する補機バッテリ４４を備えている。補機バッテリ４４は鉛電池等の二次電池である。本実施例では、補機バッテリ４４の電圧は１３Ｖ〜１４．５Ｖである。ＳＭＲ２２と補機バッテリ４４の間には、メインバッテリ１２と補機バッテリ４４の間で電圧を降圧する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が設けられている。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、メインバッテリ１２側の電圧を降圧して補機バッテリ４４側へ出力する。後述するように、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側の出力電圧は、制御装置６０によって変更することができる。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、降圧回路ということもできる。
【００２０】
ハイブリッド自動車１０は、メインバッテリ１２および補機バッテリ４４に外部電源４８から充電することもできる、いわゆるプラグイン・ハイブリッド自動車である。外部電源４８は一般的な商用１００Ｖ電源である。本明細書では、外部電源４８からの充電をプラグイン充電ともいう。
【００２１】
外部電源４８からの充電は、ＥＶＳＥ（Electric Vehicle Supply Equipment）５０を介して行う。ＥＶＳＥ５０は、家庭用の交流１００Ｖコンセントを介して外部電源４８からの電力を取得する。ＥＶＳＥ５０から伸びる充電プラグ５２を、ハイブリッド自動車１０のコネクタ５４に接続することで、ＥＶＳＥ５０から充電装置５６に電力が供給される。
【００２２】
充電装置５６は、充電リレー５８を介して、ＳＭＲ２２と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の間に接続されている。充電装置５６は、変圧器、整流器および安定化回路等を備えており、ＥＶＳＥ５０からの交流電力を所望の直流電力に変換して、ハイブリッド自動車１０の電力系統に供給する。
【００２３】
制御装置６０は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、三相インバータ３６、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６、充電装置５６等の動作を制御する。
【００２４】
以下では、ハイブリッド自動車１０に外部電源４８から充電する際の動作について説明する。外部電源４８からメインバッテリ１２に充電する際には、まず通常充電を行い、その後に押込充電を行う。
【００２５】
メインバッテリ１２への通常充電においては、充電装置５６の出力電力が所定値（例えば３ｋＷ）となるように、充電装置５６の動作が制御される。これにより、メインバッテリ１２への通常充電が行われる。
【００２６】
本実施例のハイブリッド自動車１０では、上記のようなメインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電を行わないようにする。具体的には、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がされない電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧下限値（例えば１３Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電が行われない。
【００２７】
メインバッテリ１２への通常充電が終了すると、次いでメインバッテリ１２への押込充電を行う。本実施例では、メインバッテリ１２へ充電される電力が目標値（例えば０．５ｋＷ）となるように、充電装置５６の動作をフィードバック制御する。メインバッテリ１２へ充電される電力は、電圧センサ１８の検出値と電流センサ２０の検出値から算出することができる。
【００２８】
本実施例のハイブリッド自動車１０では、上記のようなメインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電を行う。具体的には、メインバッテリ１２への押込充電が開始すると、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がなされる電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧上限値（例えば１４．５Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電が行われる。
【００２９】
図２は、従来技術のように、メインバッテリ１２への通常充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行う場合の、外部電源４８からＥＶＳＥ５０を介して供給される電力の配分を示している。ＥＶＳＥ５０から供給される電力の一部は、充電装置５６や第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６等における消費電力（図２における「システム損失」）と、補機４２における消費電力（図２における「補機消費」）に費やされる。ＥＶＳＥ５０から供給される電力の残りが、メインバッテリ１２や補機バッテリ４４の充電に用いられる。メインバッテリ１２の充電に利用される電力が多いほど、通常充電は短時間で終了する。しかしながら、メインバッテリ１２への通常充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行うと、メインバッテリ１２の充電に利用される電力が低減してしまい、それだけ充電時間が長引いてしまうことになる。充電時間が長引くことにより、上記のシステム損失や補機消費が増大し、充電効率が低下してしまう。
【００３０】
図３は、本実施例のように、メインバッテリ１２への押込充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行う場合の、外部電源４８からＥＶＳＥ５０を介して供給される電力の配分を示している。通常充電と異なり、押込充電においては、メインバッテリ１２の充電に利用される電力はもともと小さく、ＥＶＳＥ５０から供給可能な電力に余力がある。そのため、メインバッテリ１２への押込充電と並行して補機バッテリ４４への充電を行っても、充電時間が長引いてしまうことがない。短時間で充電を完了することができるので、上記のシステム損失や補機消費を低減し、充電効率を向上することができる。
【００３１】
なお、本実施例のように、ＥＶＳＥ５０からのプラグイン充電によって補機バッテリ４４への充電を行っておくことで、ハイブリッド自動車１０の走行中に、第１モータ１４や第２モータ１６が回生発電した電力で補機バッテリ４４を充電する機会が少なくなる。これにより、ハイブリッド自動車１０の航続可能距離を伸ばすことができる。
【００３２】
（第２実施例）
以下では図４を参照しながら、本実施例のハイブリッド自動車１００について説明する。本実施例のハイブリッド自動車１００は、第１実施例のハイブリッド自動車１０とほぼ同様の構成を備えている。以下では本実施例のハイブリッド自動車１００について、第１実施例のハイブリッド自動車１０とは相違する特徴について説明する。
【００３３】
本実施例のハイブリッド自動車１００では、充電装置５６が、充電リレー５８を介して、メインバッテリ１２とＳＭＲ２２の間に接続されている。このような構成とすることで、ＳＭＲ２２が遮断した状態、すなわちメインバッテリ１２が電力系統から切り離された状態のまま、メインバッテリ１２への充電を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施例のハイブリッド自動車１００では、充電装置５６の出力が、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０を介して、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６と補機バッテリ４４の間に接続されている。このような構成とすることで、ＳＭＲ２２が遮断されてメインバッテリ１２が電力系統から切り離されており、従って第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が動作できない状態においても、補機バッテリ４４への充電を行うことが可能となる。
【００３５】
本実施例のハイブリッド自動車１００では、プラグイン充電における補機バッテリ４４への充電の制御を、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０によって行う。すなわち、メインバッテリ１２への通常充電を行う際には、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がされない電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧下限値（例えば１３Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への通常充電を行っている間は、補機バッテリ４４への充電が行われない。
【００３６】
また、メインバッテリ１２への押込充電を行う際には、第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０の低圧側電圧（補機バッテリ４４側の電圧）を、補機バッテリ４４への充電がなされる電圧、例えば補機バッテリ４４の電圧上限値（例えば１４．５Ｖ）に調整する。これによって、メインバッテリ１２への押込充電と並行して、補機バッテリ４４への充電が行われる。
【００３７】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のハイブリッド自動車１０、１００は、メインバッテリ１２と補機バッテリ４４を備える。メインバッテリ１２は、走行用の駆動力を出力するモータ（第１モータ１４と第２モータ１６）に供給する電力を蓄えるバッテリである。補機バッテリ４４は、補機に供給する電力を蓄えるバッテリである。補機とは、駆動電圧がモータの駆動電圧よりも低い電気デバイスの総称であり、例えば、パワーステアリングやエアコンなどである。補機バッテリ４４の出力電圧（実施例では１３Ｖ〜１４．５Ｖ）は、メインバッテリ１２の出力電圧（実施例では３００Ｖ）よりも低い。
【００３８】
ハイブリッド車１０、１００は、外部電源を使ってメインバッテリ１２と補機バッテリ４４を充電することができる。充電のためのデバイスとして、車両外部から供給される交流電力を、メインバッテリ１２の出力電圧よりも高い電圧の直流電力に変換するＡＣＤＣコンバータ（充電装置５６）と、ＡＣＤＣコンバータの出力電圧を降圧する降圧コンバータ（第２ＤＣ／ＤＣコンバータ４６あるいは第３ＤＣ／ＤＣコンバータ７０）を備える。ＡＣＤＣコンバータの出力は、メインバッテリ１２と、降圧コンバータの高電圧側に接続されている。降圧コンバータの低電圧側は、補機バッテリ４４に接続されている。ハイブリッド車１０、１００は、充電開始からの第１期間の間、降圧コンバータの低電圧側の出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも低い第１電圧に設定してメインバッテリ１２だけを充電する。その状態での所定期間の充電の後、ハイブリッド車１０、１００は、降圧コンバータの低電圧側の出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも高い第２電圧に設定し、メインバッテリ１２とともに補機バッテリ４４を充電する。
【００３９】
また、ハイブリッド車１０、１００は、第１期間の間、降圧コンバータの低電圧側出力電圧を補機バッテリ４４の電圧よりも低い第１電圧に設定するとともに、充電装置５６が出力する電力の大きさを第１電力（実施例では３ｋＷ）に設定する。そして、第１期間に続く期間では、降圧コンバータの低電圧側出力電圧を補機バッテリ４４の出力電圧よりも高い第２電圧に設定するとともに、充電装置５６が出力する電力の大きさを第１電力よりも低い第２電力（実施例では、メインバッテリ充電分の０．５ｋＷ＋補機バッテリ充電分の電力であり、例えば１．０ｋＷである）に設定する。第１の期間が実施例における通常充電の期間に相当し、第１の期間に続く期間が実施例における押込充電の期間に相当する。第１期間において充電装置５６が出力する第１電力は、充電装置５６が出力可能な最大値であることが好ましいが、これに限られるものではない。
【００４０】
以上の実施例においては、電動車両がハイブリッド自動車１０，１００である場合を例として説明したが、本明細書が開示する技術は、電動車両がエンジンを備えていない電気自動車である場合についても適用することも可能である。
【００４１】
以上の実施例においては、メインバッテリ１２への通常充電が定電力充電制御により行われる場合について説明したが、メインバッテリ１２への通常充電は定電圧充電制御により行われてもよい。
【００４２】
以上の実施例においては、メインバッテリ１２への押込充電が定電力充電制御により行われる場合について説明したが、メインバッテリ１２への押込充電は定電流充電制御により行われてもよい。
【００４３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４４】
１０，１００ ハイブリッド自動車
１２ メインバッテリ
１４ 第１モータ
１６ 第２モータ
１８ 電圧センサ
２０ 電流センサ
２２ ＳＭＲ
２４，２６ メインスイッチ
２８ プリチャージスイッチ
３０ プリチャージ抵抗
３２ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
３４ 第１平滑コンデンサ
３６ 三相インバータ
３８ 第２平滑コンデンサ
４０ 放電抵抗
４２ 補機
４４ 補機バッテリ
４６ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
４８ 外部電源
５０ ＥＶＳＥ
５２ 充電プラグ
５４ コネクタ
５６ 充電装置
５８ 充電リレー
６０ 制御装置
７０ 第３ＤＣ／ＤＣコンバータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から充電可能な電動車両であって、
モータに電力を供給するためのメインバッテリと、
補機に電力を供給するための補機バッテリを備えており、
外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う電動車両。
【請求項２】
外部電源から供給された電力を変換して、メインバッテリおよび補機バッテリに供給される電力を出力する充電装置と、
充電装置と補機バッテリの間に設けられた降圧回路をさらに備えており、
外部電源から充電する際に、充電装置が出力する電力を高く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整し、その後に、充電装置が出力する電力を低く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整する、請求項１の電動車両。
【請求項１】
外部電源から充電可能な電動車両であって、
モータに電力を供給するためのメインバッテリと、
補機に電力を供給するための補機バッテリを備えており、
外部電源から充電する際に、メインバッテリへの通常充電が終了した後に、メインバッテリへの押込充電と補機バッテリへの充電を行う電動車両。
【請求項２】
外部電源から供給された電力を変換して、メインバッテリおよび補機バッテリに供給される電力を出力する充電装置と、
充電装置と補機バッテリの間に設けられた降圧回路をさらに備えており、
外部電源から充電する際に、充電装置が出力する電力を高く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を低く調整し、その後に、充電装置が出力する電力を低く、降圧回路の補機バッテリ側電圧を高く調整する、請求項１の電動車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−１１０９１４（Ｐ２０１３−１１０９１４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５９３５（Ｐ２０１１−２５５９３５）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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