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公開番号2021023019
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210218
出願番号2019137816
出願日20190726
発明の名称車両
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類B60L 53/22 20190101AFI20210122BHJP(車両一般)
要約【課題】車両外部の交流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する交流充電が可能に構成された車両において、交流充電を行なうための構成をより簡易化することである。
【解決手段】車両1は、AC充電を行なう構成として、ACインレット80と、充電器83と、AC充電リレー85とを含む。充電器83は、正極出力端子83Aと、負極出力端子83Bとを含む。正極出力端子83Aは、AC充電リレー85を介して蓄電装置10の正極端子に電気的に接続される。負極出力端子83Bは、接続手段88によって負極線NL2に電気的に接続される。負極線NL2は、SMR16を介して蓄電装置10の負極端子に電気的に接続される。充電器83および接続手段88は、シールド機能を有する筐体200に収容される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
車両外部の交流電源から供給される電力を受けて充電する交流充電が可能に構成された蓄電装置と、
前記蓄電装置から供給される電力を、前記車両の走行用モータを駆動させる電力に変換する電力変換装置と、
前記交流電源から供給される電力を前記蓄電装置に充電可能な電力に変換する充電器と、
一端が第1正極線を介して前記蓄電装置の正極端子に接続され、他端が第2正極線を介して前記電力変換装置に接続される第1リレーと、
一端が第1負極線を介して前記蓄電装置の負極端子に接続され、他端が第2負極線を介して前記電力変換装置に接続される第2リレーと、
一端が前記充電器の正極出力端子に接続され、他端が前記第1正極線に接続される第3リレーと、
前記充電器の負極出力端子を前記第2負極線に接続する接続手段と、
前記充電器および前記接続手段を収容するシールド機能を有した筐体と、
前記蓄電装置の充電を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記車両の走行時には、前記第1リレーおよび前記第2リレーを閉成状態、かつ、前記第3リレーを開放状態にし、
前記交流充電時には、前記第2リレーおよび前記第3リレーを閉成状態、かつ、前記第1リレーを開放状態にする、車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、車両外部の電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する外部充電が可能に構成された車両に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
特開2016−134976号公報(特許文献1)には、車両外部の交流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する交流(AC:Alternating current)充電が可能に構成された車両が開示されている。この車両は、AC充電を行なうための構成として、交流電源から供給される電力を蓄電装置を充電するための電力に変換する充電器と、充電器と蓄電装置との間に設けられる充電リレーとを備える。この車両は、充電器の負極出力端子に接続される充電リレーとシステムメインリレーとを共通の1つのリレーで構成することにより、部品点数の削減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−134976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では、リレーを共通化させて部品点数を図っているものの、充電リレーとシステムメインリレーとを共通の1つのリレーで構成するために、依然として充電器から電力線(充電ライン)を引き出して、当該電力線を高圧ライン(蓄電装置と車両の駆動部とを接続する電力線)に接続させる必要がある。充電ラインとして用いられる電力線は、電磁波によるノイズが周囲の電子機器等に影響を与えないように、電磁波遮断機能(シールド機能)を備えることが望ましい。シールド機能を備える電力線を用いると、シールド機能を備えない電力線を用いる場合に比べて、コストアップを招いたりシールド機能を付加するための作業工数を要したりする。AC充電が可能な車両において、AC充電を行なうための構成をより簡易化することが望ましい。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両外部の交流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する交流充電が可能に構成された車両において、交流充電を行なうための構成をより簡易化することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この開示に係る車両は、車両外部の交流電源から供給される電力を受けて充電する交流充電が可能に構成された蓄電装置と、蓄電装置から供給される電力を、車両の走行用モータを駆動させる電力に変換する電力変換装置と、交流電源から供給される電力を蓄電装置に充電可能な電力に変換する充電器と、一端が第1正極線を介して蓄電装置の正極端子に接続され、他端が第2正極線を介して電力変換装置に接続される第1リレーと、一端が第1負極線を介して蓄電装置の負極端子に接続され、他端が第2負極線を介して電力変換装置に接続される第2リレーと、一端が充電器の正極出力端子に接続され、他端が第1正極線に接続される第3リレーと、充電器の負極出力端子を第2負極線に接続する接続手段と、充電器および接続手段を収容するシールド機能を有した筐体と、蓄電装置の充電を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両の走行時には、第1リレーおよび第2リレーを閉成状態、かつ、第3リレーを開放状態にする。制御装置は、交流充電時には、第2リレーおよび第3リレーを閉成状態、かつ、第1リレーを開放状態にする。
【0007】
上記構成によれば、シールド機能を有する筐体内において、接続手段により充電器の負極出力端子が第2負極線に接続される。筐体がシールド機能を有するため、筐体内に収容される接続手段に対しては、シールドを施さなくてもよい。なお、シールド機能を有する筐体とは、筐体内外を電磁波遮断できる筐体を意味し、たとえば、アルミや銅から筐体を形成し、筐体自体がシールド機能を備えたもの、および樹脂製の筐体にワイヤメッシュ等のシールド部材を配置したもの等を含むものである。
【0008】
接続手段としては、たとえばバスバ、シールド機能を備えない配線等を用いることができる。筐体内において、接続手段により充電器の負極出力端子を第2負極線に接続することで、接続手段にシールド機能を付加するための工数およびコストの削減を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、車両外部の交流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する交流充電が可能に構成された車両において、交流充電を行なうための構成をより簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施の形態1に係る車両の構成例を示すブロック図である。
DC充電においてECUで実行される処理の手順を示すフローチャートである。
AC充電においてECUで実行される処理の手順を示すフローチャートである。
比較例1に係る車両の構成例を示すブロック図である。
比較例2に係る車両の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0012】
[実施の形態1]
<全体構成>
図1は、実施の形態1に係る車両1の構成例を示すブロック図である。実施の形態1に係る車両1は、電気自動車である。なお、車両1は、車両1外部の交流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する交流(AC)充電が可能であればよく、電気自動車に限られるものではない。車両1は、たとえばプラグインハイブリッド自動車または燃料電池自動車であってもよい。
【0013】
実施の形態1に係る車両1は、AC充電、および車両1外部の直流電源から供給される電力を受けて車載の蓄電装置を充電する直流(DC:Direct Current)充電が可能に構成される。
【0014】
車両1は、蓄電装置10と、システムメインリレー(以下「SMR(System Main Relay)」とも称する)15,16と、分岐装置20と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する)30と、モータジェネレータ40と、駆動輪45と、DC/DCコンバータ50と、低圧補機装置60と、高圧補機装置61と、制御装置(以下「ECU:Electronic Control Unit」とも称する)100とを備える。また、車両1は、DC充電を行なうための構成として、DCインレット70と、DC充電リレー75,76とを備える。さらに車両1は、AC充電を行なうための構成として、ACインレット80と、充電器83と、AC充電リレー85とを備える。
【0015】
本実施の形態に係る車両1においては、シールド機能を有する筐体200に分岐装置20および充電器83を含む複数の機器が収容されてユニット化されている。具体的には、分岐装置20、DC/DCコンバータ50、DC充電リレー75,76、充電器83およびECU100が筐体200に収容されている。
【0016】
筐体200は、筐体内外を電磁波遮断できる筐体である。筐体200は、たとえば、アルミや銅から筐体を形成し、筐体自体がシールド機能を備えた筐体であってもよいし、樹脂製の筐体にワイヤメッシュ等のシールド部材が配置された筐体であってもよい。なお、筐体200に収容される機器は、上記に限られるものではない。たとえば、筐体200には、DC/DCコンバータ50に代えて、あるいは加えてPCU30が収容されてもよい。
【0017】
蓄電装置10は、車両1の駆動電源(すなわち動力源)として車両1に搭載される。蓄電装置10は、組電池11と、正極線PL1と、負極線NL1とを含む。蓄電装置10は、たとえば金属製の筐体を有し、組電池11と、正極線PL1および負極線NL1の一部とを当該筐体内に収容する。組電池11は、積層された複数の電池およびヒューズ12を含んで構成される。電池は、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。また、電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する電池であってもよいし、固体電解質を有する電池(全固体電池)であってもよい。なお、蓄電装置10は、再充電可能な直流電源であればよく、大容量のキャパシタも採用可能である。
【0018】
ヒューズ12は、たとえば、積層された複数の電池の正極端子と組電池11の正極端子との間に電気的に接続される。ヒューズ12は、自身の定格電流を超える電流が流れた場合に、電流経路を遮断するように構成される。なお、後述するヒューズ87,91,92,93,94,95についても、ヒューズ12と同様の構成である。ただし、定格電流については、各ヒューズによって異なるように構成されてもよい。
【0019】
正極線PL1は、組電池11の正極端子と、SMR15とを電気的に接続する。負極線NL1は、組電池11の負極端子と、SMR16とを電気的に接続する。正極線PL1および負極線NL1は、電磁波によるノイズが周囲の電子機器等に影響を与えないように、シールドが施されている。正極線PL1および負極線NL1は、蓄電装置10に含まれない部分(すなわち金属製の筐体に収容されていない部分)にのみシールドを施すようにしてもよい。なお、後述する正極線PL2,PL3,CPL1および負極線NL2,NL3についても同様にシールドが施されている。なお、正極線PL1は、本開示に係る「第1正極線」の一例に相当する。負極線NL1は、本開示に係る「第1負極線」の一例に相当する。
【0020】
なお、蓄電装置10は、組電池11、正極線PL1および負極線NL1の他に、SMR15,16、AC充電リレー85およびヒューズ87を含んで構成されてもよい。つまり、SMR15,16、AC充電リレー85およびヒューズ87が金属製の筐体に収容されてもよい。SMR15,16およびAC充電リレー85が金属製の筐体に収容されることにより、SMR15,16およびAC充電リレー85がシールドされる。
【0021】
SMR15,16は、蓄電装置10と分岐装置20との間に電気的に接続される。SMR15は、一端が正極線PL1を介して蓄電装置10の正極端子に電気的に接続され、他端が正極線PL2を介して分岐装置20に電気的に接続される。SMR16は、一端が負極線NL1を介して蓄電装置10の負極端子に電気的に接続され、他端が負極線NL2を介して分岐装置20に電気的に接続される。SMR15,16は、ECU100からの制御信号に従って開閉状態が制御される。なお、正極線PL2は、本開示に係る「第2正極線」の一例に相当する。負極線NL2は、本開示に係る「第2負極線」の一例に相当する。
【0022】
分岐装置20は、入力された電力を、分岐装置20に接続された各機器に分岐させるための装置である。分岐装置20から各装置へ分岐させる電力の比率は、たとえば、分岐装置20と各機器とを接続する配線等の仕様により定まる。分岐装置20には、蓄電装置10と、PCU30と、DC/DCコンバータ50と、高圧補機装置61と、DCインレット70とが電気的に接続されている。なお、低圧補機装置60はDC/DCコンバータ50を介して分岐装置20に電気的に接続されている。たとえば、蓄電装置10からの電力は、分岐装置20を介してPCU30、DC/DCコンバータ50(低圧補機装置60)および高圧補機装置61に供給される。
【0023】
PCU30は、正極線PL3および負極線NL3を介して分岐装置20に電気的に接続される。PCU30は、蓄電装置10から電力を受けてモータジェネレータ40を駆動するための電力変換装置を総括して示したものである。PCU30は、ECU100によって制御される。PCU30は、たとえばモータジェネレータ40を駆動するためのインバータや、蓄電装置10から出力される電力を昇圧してインバータへ供給するコンバータ等を含む。
【0024】
モータジェネレータ40は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ40のロータは、動力伝達ギヤ(図示せず)を介して駆動輪45に機械的に接続される。本実施の形態に係る駆動輪45は、たとえば車両1の前輪である。モータジェネレータ40は、PCU30からの交流電力を受けることにより、車両1を走行させるための運動エネルギーを生成する。モータジェネレータ40によって生成された運動エネルギーは、動力伝達ギヤに伝達される。一方で、車両1を減速させるときや、車両1を停止させるときには、モータジェネレータ40は、車両1の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。モータジェネレータ40で生成された交流電力は、PCU30によって直流電力に変換されて蓄電装置10に供給される。これにより、回生電力を蓄電装置10に蓄えることができる。このように、モータジェネレータ40は、蓄電装置10との間での電力の授受(すなわち、蓄電装置10の充放電)を伴なって、車両1の駆動力または制動力を発生するように構成される。
【0025】
DC/DCコンバータ50は、正極線PL3および負極線NL3に電気的に接続される。DC/DCコンバータ50は、正極線PL3および負極線NL3に供給される電力の電圧を降圧して低電圧線LEに供給する。DC/DCコンバータ50は、たとえば、蓄電装置10から供給される電力の電圧を降圧して低電圧線LEに供給する。
【0026】
低圧補機装置60は、ヒューズ91を介して、低電圧線LEに接続される。低圧補機装置60は、低電圧線LEに供給される電力で作動する装置である。低圧補機装置60には、たとえば照明装置、オーディオ装置、パワーステアリング装置等が含まれる。
【0027】
高圧補機装置61は、水加熱ヒータ62と、空調装置63と、電池冷却装置64とを含む。水加熱ヒータ62、空調装置63、および電池冷却装置64は、分岐装置20にヒューズ92,93,94を介してそれぞれ接続される。
【0028】
水加熱ヒータ62は、車室内を加温するためのヒータである。水加熱ヒータ62は、たとえばPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータで構成される。水加熱ヒータ62は、たとえば配管を有し、配管内を循環する水を加温して間接的に空気を加温する。空調装置63は、コンプレッサを含み、ECU100からの制御信号に従ってコンプレッサを作動させて車室内の空調を行なう。電池冷却装置64は、コンプレッサを含み、ECU100からの制御信号に従ってコンプレッサを作動させて蓄電装置10を冷却する。
【0029】
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)メモリおよび入出力バッファを含み(いずれも図示せず)、センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で構築して処理することも可能である。
【0030】
DCインレット70は、直流電力を供給するDC充電スタンドの充電ケーブルの先端に設けられた充電コネクタが接続可能に構成される(いずれも図示せず)。DCインレット70は、DC充電リレー75,76を介して分岐装置20に電気的に接続される。DC充電リレー75,76およびSMR15,16を閉成状態にすることにより、DCインレット70に供給された直流電力により蓄電装置10を充電することができる。DC充電リレー75,76は、ECU100からの制御信号に従って開閉状態が制御される。
(【0031】以降は省略されています)

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