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公開番号2021138285
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210916
出願番号2020038006
出願日20200305
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酒井国際特許事務所
主分類B60W 10/08 20060101AFI20210820BHJP(車両一般)
要約【課題】短時間での蓄電装置の充電が可能な車両を提供すること。
【解決手段】車両は、エンジンと、エンジンからの動力を用いて発電する発電機と、駆動輪に動力を伝えるモータと、発電機が発電した交流電圧を直流電圧に変換する第1インバータと、モータの回生発電による交流電圧を直流電圧に変換する第2インバータと、第1インバータ及び第2インバータのそれぞれと電力をやり取りする蓄電装置と、蓄電装置を充電する際に、第1インバータと第2インバータとのどちらか一方の充電圧を基準とし、他方の充電圧を、蓄電装置への電流が逆流しない許容範囲内に制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
エンジンと、
前記エンジンからの動力を用いて発電する発電機と、
駆動輪に動力を伝えるモータと、
前記発電機が発電した交流電圧を直流電圧に変換する第1インバータと、
前記モータの回生発電による交流電圧を直流電圧に変換する第2インバータと、
前記第1インバータ及び前記第2インバータのそれぞれと電力をやり取りする蓄電装置と、
前記蓄電装置を充電する際に、前記第1インバータと前記第2インバータとのどちらか一方の充電圧を基準とし、他方の充電圧を、前記蓄電装置への電流が逆流しない許容範囲内に制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする車両。

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】
特許文献1には、ハイブリッド車両において、バッテリ蓄電割合が所定割合よりも小さい場合、モータの回生駆動による制動力を大きくする制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2018−001865号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献1に開示された技術では、回生発電するモータと、エンジン駆動により発電する発電機と、の両方からの電力によってバッテリを充電するときに、モータの回生発電による充電圧と、発電機の発電による充電圧とが揃わないため、モータと発電機とのどちらか一方からの電流がバッテリへ流れ難く、充電に時間がかかるおそれがある。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、短時間での蓄電装置の充電が可能な車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両は、エンジンと、前記エンジンからの動力を用いて発電する発電機と、駆動輪に動力を伝えるモータと、前記発電機が発電した交流電圧を直流電圧に変換する第1インバータと、前記モータの回生発電による交流電圧を直流電圧に変換する第2インバータと、前記第1インバータ及び前記第2インバータのそれぞれと電力をやり取りする蓄電装置と、前記蓄電装置を充電する際に、前記第1インバータと前記第2インバータとのどちらか一方の充電圧を基準とし、他方の充電圧を、前記蓄電装置への電流が逆流しない許容範囲内に制御する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0007】
本発明に係る車両は、前記第1インバータと前記第2インバータとのどちらか一方の充電圧を基準とし、他方の充電圧を、蓄電装置への電流が逆流しない許容範囲内に制御することによって、電流が蓄電装置へ流れ難くなることを抑制し、短時間での充電が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1は、実施形態に係る車両のシステム構成を示した図である。
図2は、第1系統側の充電圧と第2系統側の充電圧とを揃えた場合の電流の向きを示した図である。
図3は、第1系統側の充電圧と第2系統側の充電圧とが揃っていない場合の電流の向きを示した図である。
図4は、電圧V1の許容範囲を考えるために用いる回路の一例を示した図である。
図5は、第1系統と第2系統との両系統からバッテリへ電流を流せる電圧V1の範囲の説明に用いる図である。
図6は、第1系統のエンジンの燃料消費を少なくしつつ、両系統からバッテリへ電流を流せる電圧V1の範囲の説明に用いる図である。
図7は、第2系統だけでバッテリの充電を行う際の回路の一例を示した図である。
図8は、実施形態に係る車両でのバッテリの充電制御の第一の例を示したフローチャートである。
図9は、実施形態に係る車両でのバッテリの充電制御の第二の例を示したフローチャートである。
図10は、実施形態に係る車両でのバッテリの充電制御の第三の例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、本発明に係る車両の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0010】
図1は、実施形態に係る車両1のシステム構成を示した図である。図1に示すように、実施形態に係る車両1は、エンジン側系統である第1系統10を構成する、発電モータ11と、第1インバータであるインバータ12と、エンジン13と、出力軸14とを備えている。なお、発電モータ11は、エンジン13からの動力を用いて発電する発電機である。また、インバータ12は、例えば、発電モータ11が発電した交流電圧を直流電圧に変換する。
【0011】
また、実施形態に係る車両1は、駆動輪側系統である第2系統20を構成する、駆動モータ21と、第2インバータであるインバータ22と、DCDCコンバータ23と、駆動輪24と、車軸25とを備えている。なお、駆動モータ21は、駆動輪24に車軸25を介して動力を伝達するモータである。また、インバータ22は、例えば、駆動モータ21の回生発電による交流電圧を直流電圧に変換する。
【0012】
また、実施形態に係る車両1は、インバータ12,22(及びDCDCコンバータ23)と電力のやり取りを行う蓄電装置であるバッテリ30を備えている。バッテリ30は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池である。また、実施形態に係る車両1は、第1系統10と第2系統20とのそれぞれの各構成要素を制御して、バッテリ30への充電などを制御する制御手段である電子制御装置40を備えている。
【0013】
なお、図1に示すように、第1系統10には、DCDCコンバータが設けられていない。また、第1系統10のインバータ12と、第2系統20のインバータ22とは、共に、電力の交流と直流との変換のみを行い、インバータ12,22から出力される電圧の大きさを変更するような制御は行わない。
【0014】
実施形態に係る車両1では、電子制御装置40によって、図2に示すように、回生時に、第2系統20側の充電圧を基準とし、その第2系統20側の充電圧に第1系統10側の充電圧を揃えて、第1系統10側からの電流と、第2系統20側からの電流とが、共に、バッテリ30へ流れるように制御している。なお、第1系統10側の充電圧は、例えば、バッテリ30を充電する際にインバータ12から出力される電圧である。また、第2系統20側の充電圧は、例えば、バッテリ30を充電する際にインバータ22から出力させる電圧である。さらに、実施形態に係る車両1では、少なくともバッテリ30の充電時に、インバータ12,22によって電圧の大きさを変更するような制御を行わないため、第1系統10側の充電圧は、エンジン13からの動力により発電モータ11が発電した発電電圧としてもよい。また、第2系統20側の充電圧は、駆動モータ21の回生発電による発電電圧としてもよい。
【0015】
実施形態に係る車両1では、回生時に、第1系統10と第2系統20との両系統によってバッテリ30の充電を行うことによって、第2系統20からの回生充電(駆動モータ21の回生発電による充電)だけでバッテリ30を充電する場合よりも、バッテリ30を短時間でフル充電することが可能となり、回生終了直後からのフルパワー加速での走行を可能としている。
【0016】
一方、図3に示すように、回生時に、第1系統10側の充電圧と第2系統20側の充電圧とが大きく異なっていると、例えば、図3に示すように、第2系統20側の充電圧に対して、第1系統10側の充電圧が高い場合には、第1系統10側の電流の一部が、バッテリ30には流れずに第2系統20側に流れてしまうため、その分、バッテリ30の充電効率が悪くなる。
【0017】
なお、電子制御装置40は、回生時に、第2系統20側の充電圧に対して、第1系統10側の充電圧を揃える際における、第1系統10側の充電圧を、バッテリ30への電流が逆流しない許容範囲内に制御する。その許容範囲内の絶対値は、システムの電圧と抵抗により異なる。
【0018】
例えば、図4に示したシステムにおいて、第1系統10側の充電圧を電圧V1、第1系統10の回路の抵抗を2[Ω]、第1系統10の回路を流れる電流を電流i1、第2系統20側の充電圧を10[V]、第2系統20の回路の抵抗を4[Ω]、第2系統20の回路を流れる電流を電流i2、及び、バッテリ30の抵抗を10[Ω]としたとき、下記数式(1)及び数式(2)が成立する。
【0019】
10[V]=4[Ω]×i2+10[Ω]×(i1+i2) ・・・・(1)
V1 =2[Ω]×i1+10[Ω]×(i1+i2) ・・・・(2)
【0020】
また、上記数式(1)及び数式(2)は、下記数式(3)及び数式(4)のように書き換えることができる。
【0021】
10[V]=10[Ω]×i1+14[Ω]×i2 ・・・・(3)
V1 =12[Ω]×i1+10[Ω]×i2 ・・・・(4)
【0022】
そして、上記数式(3)及び数式(4)を用いて、電流i2が逆流(i2<0)となるのは、120−10×V1<0から、V1>12[V]である。
【0023】
また、上記数式(3)及び数式(4)を用いて、電流i1が逆流(i1<0)となるのは、−100+14×V1<0から、V1<7.14[V]である。
【0024】
したがって、図5に示すように、回生時に、第1系統10側の充電圧と第2系統20側の充電圧とを揃える際の許容範囲(両系統からバッテリ30へ電流を流せる電圧V1の許容範囲)は、7.14[V]<V1<12[V]となる。
【0025】
実施形態に係る車両1では、第1系統10のエンジン13の燃料消費を少なくしつつ、第1系統10側と第2系統20側との両系統から効率的にバッテリ30を充電し得る、第1系統10側の充電圧である電圧V1の許容範囲を選択することも可能である。
【0026】
上述したように、回生時に、第1系統10側の充電圧と第2系統20側の充電圧とを揃える際の電圧V1の許容範囲が7.14[V]<V1<12[V]であるとき、図6に示すように、第1系統10の回路を流れる電流i1と、第2系統20の回路を流れる電流i2とが、同じ値になる電圧V1は9.16[V]である。
【0027】
ここで、図6に示した、7.14[V]<V1<9.16[V]となる電圧V1の範囲Aでは、バッテリ30の充電に対して、第2系統20の電流i2の寄与が大きく、第1系統10の電流i1の寄与が小さい。そのため、第1系統10のエンジン13の燃料消費が少なくなり、効率的な充電となる。
【0028】
一方、図6に示した、9.16[V]<V1<12[V]となる電圧V1の範囲Bでは、バッテリ30の充電に対して、第2系統20の電流i2の寄与が小さく、第1系統10の電流i1の寄与が大きい。そのため、第2系統20側での駆動モータ21による回生発電を無駄にして、第1系統10側での発電モータ11による発電を増やすために、エンジン13の燃料消費が多くなって、効率的な充電を行えない。
【0029】
したがって、第1系統10側の充電圧である電圧V1の許容範囲を、7.14[V]<V1≦9.16[V]とすることによって、第1系統10のエンジン13の燃料消費を少なくして効率的にバッテリ30の充電を行うことができる。
【0030】
図7は、第2系統20だけでバッテリ30の充電を行う際の回路の一例を示した図である。図7に示すように、第2系統20だけでバッテリ30の充電を行う際には、第2系統20側の充電圧を10[V]、第2系統20の回路の抵抗を4[Ω]、第2系統20の回路を流れる電流を電流i2、及び、バッテリ30の抵抗を10[Ω]としたとき、下記数式(5)が成立する。
(【0031】以降は省略されています)

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