JP-2026076848-A - 電動車

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Abstract

【課題】外部充電のための専用の降圧回路を設けることなく外部充電を可能とすると共に外部直流電源からの電力供給の開始時に過電流が流れるのを抑制する。【解決手段】電動車は、充電用コネクタと外部直流電源とが接続されているときに、切替スイッチがオフ状態で外部直流電源からの電力が第２インバータ、モータ、第１インバータを介して第１蓄電装置に供給されるように第１、第２インバータを制御する。また、充電用コネクタと外部直流電源とが接続されていて且つ第１蓄電装置の電圧が外部直流電源の許容下限電圧未満の場合、外部直流電源からの電力供給の開始前に、切替スイッチがオフ状態で第２蓄電装置からの電力を用いて双方向コンバータによる昇圧を伴ってコンデンサがプリチャージされるように双方向コンバータを制御する。【選択図】図２

Inventors

金珍雨

Assignees

トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20241024

Claims (1)

第１蓄電装置と、３相オープン巻線を有する走行用のモータと、前記第１蓄電装置が接続された電力ラインに接続されると共に前記３相オープン巻線の一端側に接続された第１インバータと、前記電力ラインのうち前記第１インバータに対して前記第１蓄電装置とは反対側に接続されると共に前記３相オープン巻線の他端側に接続された第２インバータと、前記電力ラインの前記第１、第２インバータ間に設けられた切替スイッチと、前記電力ラインの前記切替スイッチよりも前記第２インバータ側に接続されたコンデンサと、を備える電動車であって、前記電力ラインの前記切替スイッチよりも前記第２インバータ側に接続された充電用コネクタと、前記第１蓄電装置よりも定格電圧の低い第２蓄電装置と、前記第２電力ラインの前記第２インバータおよび前記第２コンデンサと前記充電用リレーとの間に接続されると共に前記第２蓄電装置に接続された双方向コンバータと、前記充電用コネクタと外部直流電源とが接続されているときに、前記切替スイッチがオフ状態で前記外部直流電源からの電力が前記第２インバータ、前記モータ、前記第１インバータを介して前記第１蓄電装置に供給されるように前記第１、第２インバータを制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記充電用コネクタと前記外部直流電源とが接続されていて且つ前記第１蓄電装置の電圧が前記外部直流電源の許容下限電圧未満の場合、前記外部直流電源からの電力供給の開始前に、前記切替スイッチがオフ状態で前記第２蓄電装置からの電力を用いて前記双方向コンバータによる昇圧を伴って前記コンデンサがプリチャージされるように前記双方向コンバータを制御する、電動車。

Description

本開示は、電動車に関する。従来、蓄電装置と、蓄電装置のシステム電圧で作動する補機部品と、システム電圧よりも高い電圧が外部直流電源から印加される直流インレットと、蓄電装置と直流インレットとに接続されて直流インレットからの電力を降圧して蓄電装置に供給する降圧回路を備える電動車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特開２０２１－６１６９１号公報本開示の実施形態の電気自動車と充電スタンドとの概略構成図である。処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。第２プリチャージ制御の様子を示す説明図である。本開示を実施するための形態（実施形態）について図面を参照しながら説明する。図１は、本開示の実施形態の電気自動車１０と充電スタンド８０との概略構成図である。実施形態の電気自動車１０は、図示するように、バッテリ１２（第１蓄電装置）と、モータ２０と、第１、第２インバータ２２，２４と、電力ライン２８（正極側ライン２８ｐおよび負極側ライン２８ｎ）と、第１コンデンサ３０と、第２コンデンサ３２（コンデンサ）と、切替スイッチ３４と、システムメインリレーＳＭＲと、充電用コネクタ４０と、充電用リレー４２と、リレー４４と、補機バッテリ５０（第２蓄電装置）と、電力ライン５２，５４，５６と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８（双方向コンバータ）と、リレー６０，６２と、ＡＣ充電器６４と、車両ＥＣＵ５０（制御装置）とを備える。メインバッテリ１２は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度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、電力ライン２８に接続されている。モータ２０は、３相交流モータとして構成され、ロータコアに永久磁石が埋め込まれたロータと、ステータコアに３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）コイル（３相オープン巻線）が巻回されたステータとを備える。ロータは、駆動輪にデファレンシャルギヤを介して連結された駆動軸に接続されている。第１、第２インバータ２２は、それぞれ、複数のスイッチング素子としての６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６に各々に並列接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６，Ｄ２１～Ｄ２６とを備える。トランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６は、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが用いられる。トランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６は、正極側ライン２８ｐおよび負極側ライン２８ｎに対してソース側およびシンク側となるように２個ずつペアで配置されている。トランジスタＴ１１～Ｔ１６の対となる２つのトランジスタの接続点の各々は、モータ２０の３相コイルの一端側の各々に接続され、トランジスタＴ２１～Ｔ２６の対となる２つのトランジスタの接続点の各々は、モータ２０の３相コイルの他端側の各々に接続されている。以下、トランジスタＴ１１～Ｔ１３，Ｔ２１～Ｔ２３を「上アーム」、トランジスタＴ１４～Ｔ１６，Ｔ２４～Ｔ２６を「下アーム」という場合がある。第１、第２コンデンサ３０，３２は、それぞれ、電力ライン２８の第１、第２インバータ２２，２４付近に接続されている。実施形態では、電力ライン２８に、図１の左側から、バッテリ１２、第１コンデンサ３０、第１インバータ２２、第２インバータ２４、第２コンデンサ３２の順に接続されている。切替スイッチ３４は、正極側ライン２８ｐの第１、第２インバータ２２，２４間に設けられている。切替スイッチ３４は、例えば半導体スイッチや絶縁型スイッチが用いられる。システムメインリレーＳＭＲは、電力ライン２８のバッテリ１２と第１コンデンサ３０との間に設けられている。具体的には、システムメインリレーＳＭＲは、正極側ライン２８ｐに設けられた正極側リレーＳＭＲＢと、負極側ライン２８ｎ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リレーＳＭＲＰおよび抵抗素子Ｒが互いに直列接続されたプリチャージ回路とを備える。充電用コネクタ４０は、電力ライン２８の第２インバータ２４よりも第２コンデンサ３２側に接続され、充電スタンド８０のスタンドコネクタ８２と接続可能に構成されている。充電用リレー４２は、電力ライン２８の第２インバータ２４および第２コンデンサ３２と充電用コネクタ４０との間に設けられている。リレー４４は、電力ライン２８の第２インバータ２４および第２コンデンサ３２と充電用リレー４２との間に設けられている。補機バッテリ５０は、例えば定格電圧が１２Ｖ程度のリチウムイオン二次電池や鉛蓄電池として構成されており、電力ライン５２に接続されている。電力ライン５４は、電力ライン２８のシステムメインリレーＳＭＲよりもメインバッテリ１２側に接続されている。電力ライン５６は、電力ライン２８の充電用リレー４２とリレー４４との間に接続されている。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８は、電力ライン５２，５４，５６に接続され、電力ライン５２と電力ライン５４，５６のうち選択された一方との間で電圧変換を伴って電力をやりとり可能に構成されている。リレー６０，６２は、それぞれ電力ライン５４，５６に設けられている。ＡＣ充電器６４は、電力ライン５４のリレー６０よりも双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８側と電力ライン５６のリレー６２よりも双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８側とに接続されている。このＡＣ充電器６４は、充電用コネクタ４２と外部交流電源とが接続されていて且つ充電用リレー４２およびリレー６０，６２がオン状態のときに、電力ライン５６の交流電力を直流電力に変換し且つ電圧を変換して電力ライン５４に供給可能に構成されている。車両ＥＣＵ７０は、マイクロコンピュータや各種駆動回路、各種ロジックＩＣを備える。車両ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力されている。例えば、車両ＥＣＵ７０には、電圧センサ１２ｖからのメインバッテリ１２の電圧Ｖｂ１、電流センサ１２ｉからのメインバッテリ１２の電流Ｉｂ、回転位置センサ２０ａからのモータ２０のロータの回転位置θｍ、電流センサ２０ｕ，２０ｖ，２０ｗからのモータ２０の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ、電圧センサ３０ｖ，３２ｖからの第１、第２コンデンサ３０，３２の電圧ＶＨ、ＶＬ、電圧センサ５０ａからの補機バッテリ５０の電圧Ｖｂ２が入力されている。車両ＥＣＵ７０からは、各種制御信号が出力されている。例えば、車両ＥＣＵ７０からは、第１、第２インバータ２２，２４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６、切替スイッチ３４、システムメインリレーＳＭＲ（正極側リレーＳＭＲＢ、負極側リレーＳＭＲＧ、プリチャージリレーＳＭＲＰ）、充電用リレー４２、リレー４４，６０，６２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８、ＡＣ充電器６４への制御信号が出力されている。車両ＥＣＵ７０は、メインバッテリ１２の電流Ｉｂの積算値に基づいてメインバッテリ１２の蓄電割合ＳＯＣを演算したり、モータ２０のロータの回転位置θｍに基づいてモータ２０の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算したりしている。車両ＥＣＵ７０は、充電スタンド８０のスタンドＥＣＵ８６と通信可能である。充電スタンド８０は、スタンドコネクタ８２と、電力供給装置８４と、スタンドＥＣＵ８６とを備える。スタンドコネクタ８２は、電気自動車１０の充電用コネクタ４０と接続可能に構成されている。電力供給装置８４は、電力系統などからの交流電力を直流電力に変換し且つ電圧や電流を調整してスタンドコネクタ８２側に供給可能に構成されている。スタンドＥＣＵ８６は、車両ＥＣＵ７０と同様に、マイクロコンピュータや、各種駆動回路、各種ロジックＩＣを備える。スタンドＥＣＵ８６には、各種センサからの信号が入力されている。スタンドＥＣＵ８６からは、電力供給装置８４への制御信号が出力されている。スタンドＥＣＵ８６は、上述したように、車両ＥＣＵ７０と通信可能である。実施形態の電気自動車１０では、車両ＥＣＵ５０は、充電用コネクタ４０とスタンドコネクタ８２とが接続されている状態で、充電スタンド８０からの電力を用いたメインバッテリ１２の充電である外部充電の開始指示が行なわれると、図２の処理ルーチンを実行する。なお、本ルーチンの開始時において、第１、第２インバータ２２，２４はシャットダウン状態（トランジスタＴ１１～Ｔ１６，Ｔ２１～Ｔ２６の全てがオフ状態）であり、切替スイッチ３４、正極側リレーＳＭＲＢ、負極側リレーＳＭＲＧ、プリチャージリレーＳＭＲＰ、充電用リレー４２、リレー４４，６２は何れもオフ状態であり、ＡＣ充電器６４は停止状態である。なお、基本的にリレー６０はオフ状態であり双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８は停止状態であるが、必要に応じてリレー６０はオン状態となり双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８は電力ライン５２，５４間で電圧変換を伴って電力をやりとりする。本ルーチンが実行されると、車両ＥＣＵ５０は、最初に、バッテリ１２の電圧Ｖｂと充電スタンド８０の許容下限電圧Ｖｓｍｉｎとを比較する（ステップＳ１００）。電圧Ｖｂが許容下限電圧Ｖｓｍｉｎ以上の場合、第１プリチャージ制御を実行する（ステップＳ１１０）。第１プリチャージ制御では、切替スイッチ３４をオン状態としてから、正極側リレーＳＭＲＢとプリチャージリレーＳＭＲＰとをオン状態とする。これにより、メインバッテリ１２からの電力を用いて、第１、第２コンデンサ３０，３２への突入電流が抑制されつつ、第１、第２コンデンサ３０，３２が並列にプリチャージされる。第１プリチャージ制御は、例えば、バッテリ１２の電圧Ｖｂと第１、第２コンデンサ３０，３２の電圧ＶＨ，ＶＬとが略等しくなった（ズレが閾値になった）ときに終了される。第１プリチャージ制御を終了すると、切替スイッチ３４をオフ状態とし、負極側リレーＳＭＲＧをオン状態とすると共にプリチャージリレーＳＭＲＰをオフ状態とする。続いて、外部充電制御を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。外部充電制御では、充電用リレー４２およびリレー４４をオン状態とし、スタンドＥＣＵ８６に要求電力を逐次送信して電力供給装置８４から車両に要求電力を供給させると共に、電力供給装置８４からの電力が第２インバータ２４、モータ２０、第１インバータ２２を介してバッテリ１２に供給されるように第１、第２インバータ２２，２４を制御する。要求電力は、例えばバッテリ１２の蓄電割合ＳＯＣに基づいて設定される。このようにして、外部充電のための専用の降圧回路を設けることなく、外部充電を行なえる。外部充電制御は、例えば、バッテリ１２の蓄電割合ＳＯＣが閾値Ｓｒｅｆ以上に至ったときや外部充電の開始指示から所定時間が経過したときに終了される。外部充電制御を終了すると、第１、第２インバータ２２，２４や切替スイッチ３４などを本ルーチンの開始時の状態に戻す。ステップＳ１００で電圧Ｖｂが許容下限電圧Ｖｓｍｉｎ未満の場合、第２プリチャージ制御を実行し（ステップＳ１２０）、その後に外部充電制御を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。図３は、第２プリチャージ制御の様子を示す説明図である。図示するように、第２プリチャージ制御では、正極側リレーＳＭＲＢとプリチャージリレーＳＭＲＰとリレー４４，６２とをオン状態とし、電力ライン５２から電力ライン５６に電圧変換を伴って電力が供給されるように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８を制御する。これにより、メインバッテリ１２からの電力を用いて第１コンデンサ３０がプリチャージされると共に、補機バッテリ５０からの電力を用いて双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ５８による昇圧を伴って第２コンデンサ３２がプリチャージされる。第２プリチャージ制御は、例えば、バッテリ１２の電圧Ｖｂと第１コンデンサ３０の電圧ＶＨとが略等しくなり且つ第２コンデンサ３２の電圧ＶＬが許容下限電圧Ｖｓｍｉｎ以上に至ったときに終了される。第２プリチャージ制御を終了すると、負極側リレーＳＭＲＧをオン状態とすると共にプリチャージ