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公開番号2021100294
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210701
出願番号2019229767
出願日20191219
発明の名称車両
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類B60L 3/00 20190101AFI20210604BHJP(車両一般)
要約【課題】インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止できる車両を得る。
【解決手段】インバータ16と、インバータ16と電気的に接続されたキャパシタ14と、キャパシタ14と開閉器15を介して電気的に接続されたバッテリ12と、走行負荷に起因してインバータ16で発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部22と、予測値がノイズ電流の基準値を超えることを予測部22が予測したときに予測値が基準値を超える前に開閉器15を開放する判断部24と、を有する制御手段20と、を備えた車両10とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
インバータと、
前記インバータと電気的に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと開閉器を介して電気的に接続されたバッテリと、
走行負荷に起因して前記インバータで発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部と、前記予測値がノイズ電流の基準値を超えることを前記予測部が予測したときに前記予測値が前記基準値を超える前に前記開閉器を開放する判断部と、を有する制御手段と、
を備えた車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に関する。
続きを表示(約 4,900 文字)【背景技術】
【0002】
高電圧のバッテリが搭載されるとともに、インバータなどの電力変換装置が搭載された電気自動車は、従来から知られている(例えば、特許文献1参照)。バッテリとインバータとの間には、コンタクタなどの開閉器が設けられており、インバータの非稼働時には、コンタクタを開路にしてバッテリとインバータとを電気的に分離し、電気自動車をメンテナンスするときなどにおいて、作業者が感電するのを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2006−42459号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、稼働中の電気自動車において、インバータ及びバッテリは、電磁波ノイズ(ノイズ電流)の発生源となる。そのため、インバータとバッテリとが電気的に接続されていると、例えばインバータで発生したノイズ電流がバッテリに伝搬するおそれがある。電気自動車の場合、バッテリは、キャビンの車体下方側に配置されているため、乗員に対する電磁波ノイズの影響が懸念される。
【0005】
そこで、本発明は、インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止できる車両を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項1に記載の車両は、インバータと、前記インバータと電気的に接続されたキャパシタと、前記キャパシタと開閉器を介して電気的に接続されたバッテリと、走行負荷に起因して前記インバータで発生するノイズ電流の予測値を予測する予測部と、前記予測値がノイズ電流の基準値を超えることを前記予測部が予測したときに前記予測値が前記基準値を超える前に前記開閉器を開放する判断部と、を有する制御手段と、を備えている。
【0007】
請求項1に記載の発明によれば、走行負荷に起因してインバータで発生するノイズ電流の予測値がノイズ電流の基準値を超えることを、制御手段の予測部が予測したときには、その予測値が基準値を超える前に、制御手段の判断部が開閉器を開放する。つまり、インバータと電気的に接続されたキャパシタと、バッテリと、を電気的に分離する。したがって、インバータで基準値を超えるノイズ電流が発生しても、そのノイズ電流がバッテリへ伝搬するのが防止される。
【発明の効果】
【0008】
以上のように、本発明によれば、インバータで発生したノイズ電流がバッテリへ伝搬するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本実施形態に係る電気自動車の動力系を示すブロック図である。
モータトルクとモータ回転数との関係を示すグラフである。
アクセル開度と時間との関係を示すグラフである。
参考例に係る電気自動車の動力系を示すブロック図である。
各キャパシタの切り替えタイミングを示すグラフである。
参考例に係る電気自動車の別の動力系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、本実施形態に係る車両としては、走行用の駆動力が高電圧のバッテリ12から供給される電力のみとされた電気自動車10(図1参照)が一例として挙げられる。
【0011】
図1に示されるように、電気自動車10は、キャビン(車室)13の車体下方側にバッテリ12を有している。バッテリ12には、開閉器15を介してキャパシタ14が電気的に接続されている。キャパシタ14には、インバータ16が電気的に接続されており、キャパシタ14は、インバータ16に対して電力を授受するようになっている。そして、インバータ16には、モータ18が電気的に接続されている。
【0012】
また、電気自動車10には、各部(開閉器15を含む)を制御する制御手段としての制御装置20が設けられている。制御装置20は、走行負荷の指標となるモータ動作点の推移(換言すれば、走行負荷に起因してインバータ16で発生するノイズ電流の予測値)を予測する予測部22を有している。なお、図2に示されるように、予測前の(実際の)モータ動作点は、太実線Maで示されており、予測後のモータ動作点の推移は、破線Mpで示されている。
【0013】
モータ動作点は、電気自動車10の重量(乗員数及び積載量等を含む)及び電気自動車10が実際に走行する道路勾配の少なくとも一方に基づく、アクセル開度及びブレーキ開度を含む運転情報(電気自動車10を運転する運転者の予測時点までのアクセル操作及びブレーキ操作の変化など)により、制御装置20で算出される。つまり、制御装置20の予測部22は、制御装置20で算出されたモータ動作点から、今後のモータ動作点の推移を予測する。
【0014】
また、図1に示されるように、制御装置20は、許容されるノイズ電流の基準値(図2において細実線Sで示す)を、モータ動作点(インバータ16で発生するノイズ電流の予測値)が超えることを予測部22が予測したときに、そのモータ動作点(予測値)が基準値を超える前に開閉器15を開放する判断部24を有している。
【0015】
なお、制御装置20には、許容されるノイズ電流の基準値が予め記憶されている。また、以下においては、図2において、細実線Sで示すグラフを「ノイズ電流基準マップ」と称する。また、図2において、モータ動作点(インバータ16で発生するノイズ電流の予測値)が基準値を超えて取り得る範囲がドットにて示されている。
【0016】
また、制御装置20は、判断部24が開閉器15を開放させる前に、図2に示されるモータ動作点(インバータ16で発生するノイズ電流の予測値)が基準値を超えると予測される領域Eでの所要電力量を予め算出し、その所要電力量と現在のキャパシタ14の蓄電量とを比較して、その蓄電量が所要電力量を賄えるように調整する調整部26を有している。
【0017】
具体的に説明すると、キャパシタ14の蓄電量は、制御装置20によって常に監視されており、調整部26は、判断部24が開閉器15を開放させるときに、キャパシタ14の蓄電量ができるだけ所要電力量未満になっていないように(所要電力量以上となっているように)、モータ動作点(予測値)が基準値を超える前までの間で、開閉器15を開放させるタイミングを調整するようになっている。
【0018】
以上のような動力系を備えた電気自動車10において、次にその作用について説明する。
【0019】
例えば図3に示されるように、運転者がある時点Tで電気自動車10を急発進させたことにより、アクセル開度が急激に増加した(走行負荷が高負荷になった)などの運転情報により、制御装置20がモータ動作点を算出する。そして、図2に示されるように、制御装置20の予測部22が、そのモータ動作点から、今後のモータ動作点の推移を予測する(破線Mpで示す)。
【0020】
なお、このとき、過去の運転履歴情報なども援用して運転情報を取得するようにしてもよい。例えば、運転履歴情報は、過去の運転履歴の学習に基づくAI的な方法によって取得してもよい。これによれば、電気自動車10を運転する運転者のアクセル操作等の特徴を基に、今後のモータ動作点の推移を高い確度で予測することができる。
【0021】
次いで、制御装置20の判断部24が、モータ動作点の予測推移をノイズ電流基準マップ(図2参照)と照合して、その予測されたモータ動作点(インバータ16で発生するノイズ電流の予測値)が基準値を超えるか否かを判断する。
【0022】
ここで、図2の破線Mpで示されるように、モータ動作点(予測値)が基準値を超えると、制御装置20の判断部24が判断した場合には、制御装置20の調整部26が、モータ動作点の予測推移から、モータ動作点(予測値)が基準値を超える領域Eでの所要電力量を算出する。
【0023】
そして、制御装置20の調整部26は、所要電力量と現在のキャパシタ14の蓄電量とを比較し、その蓄電量が所要電力量を賄えるように調整する。すなわち、キャパシタ14の蓄電量が所要電力量未満の場合には、モータ動作点(予測値)が基準値を超える前の適切なタイミングまで、バッテリ12との電気的な接続を継続してキャパシタ14を充電する。
【0024】
なお、制御装置20の予測部22がモータ動作点の推移の予測を開始した時点で、キャパシタ14の蓄電量が所定値未満であると判明した場合にも、モータ動作点(予測値)が基準値を超える前の適切なタイミングまで、バッテリ12との電気的な接続を継続してキャパシタ14を充電する。
【0025】
その後、インバータ16で発生するノイズ電流の予測値が基準値を超える、実際のモータ動作点の領域Eでは、制御装置20は、開閉器15を開放させるように制御し、バッテリ12とキャパシタ14とを電気的に分離する。これにより、インバータ16は、調整部26で調整されたキャパシタ14の電力(蓄電量)だけで動作することになるが、インバータ16で基準値を超えるノイズ電流が発生しても、そのノイズ電流がバッテリ12へ伝搬するのを防止することができる。
【0026】
したがって、キャビン13の車体下方側にバッテリ12が配置されていても(乗員とバッテリ12との距離が比較的近くても)、そのバッテリ12から発生する電磁波ノイズ(特にノイズ電流に起因して発生していた電磁波ノイズ)を低減させることができ、キャビン13内の電磁波レベルを低く抑えることができる。よって、その電磁波ノイズが、キャビン13内の乗員に対して影響を与えるのを抑制又は防止することができる。
【0027】
なお、キャパシタ14の電力が調整部26で調整仕切れなかった場合(所要電力量に対して蓄電量が少ない場合)には、制御装置20は、モータ18への指令トルクを低減させ、キャパシタ14の消費電力量を最小限にするための出力制限をする(省電力モードに移行する)。これにより、運転者の運転感覚をできる限り損なわないようにすることができる。
【0028】
また、本実施形態によれば、バッテリ12で発生したノイズ電流がインバータ16へ伝搬されるおそれがあるときにも、開閉器15を開放させることで、インバータ16とバッテリ12とを電気的に分離することができる。また、本実施形態によれば、フィルター回路を設置するなどの対策が不要となるため、部品点数の増加及び製造コストの増加を抑制又は防止することができる。
【0029】
次に、参考例に係る電気自動車30について説明する。
【0030】
図4に示されるように、バッテリ32には、それぞれ開閉器52及び開閉器54を介してキャパシタ40及びキャパシタ42が電気的に接続されている。そして、キャパシタ40及びキャパシタ42には、それぞれ開閉器56及び開閉器58を介してインバータ34が電気的に接続されており、キャパシタ40及びキャパシタ42は、それぞれ独立してインバータ34に対して電力を授受するようになっている。
(【0031】以降は省略されています)

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