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公開番号2024126874
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-20
出願番号2023035584
出願日2023-03-08
発明の名称電気自動車
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類B60L 58/25 20190101AFI20240912BHJP(車両一般)
要約【課題】電気モータの中性点に外部電源を接続してバッテリを充電する際、充電しつつバッテリを温める。
【解決手段】電気自動車の電気モータの3個のコイルは、夫々の一端がインバータに接続され、他端は中性点に接続される。電気モータのコイルとインバータの下スイッチング素子は昇圧回路として使うことができ、中性点に外部電源を接続し、下スイッチング素子をオンオフするとバッテリよりも電圧が低い外部電源でバッテリを充電することができる。コントローラは、中性点に外部電源を接続してバッテリを充電する際、バッテリの温度が所定の低温閾値よりも高い場合は3個の下スイッチング素子を120度の位相差でオンオフし、バッテリの温度が低温閾値よりも低い場合は3個の下スイッチング素子を同じタイミングでオンオフする。下スイッチング素子を同じタイミングでオンオフすることでバッテリへ流れる電流のリプルが増大し、バッテリが温められる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリと、
上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続体であって前記上スイッチング素子が前記バッテリの正極に接続されており前記下スイッチング素子が前記バッテリの負極に接続されており、前記上スイッチング素子と前記下スイッチング素子の夫々にダイオードが逆並列に接続されている３組の直列接続体を備えているインバータと、
３個のコイルであって夫々のコイルの一端が３組の前記直列接続体の夫々の中点に接続されており他端が中性点に接続されている３個のコイルを備えている電気モータと、
外部電源の正極が前記中性点に接続され前記外部電源の負極が前記バッテリの負極に接続された際、３個の前記下スイッチング素子をオンオフして前記外部電源の電圧を昇圧して前記バッテリを充電するコントローラと、
を備えており、
前記コントローラは、前記バッテリの温度が所定の低温閾値よりも高い場合は３個の前記下スイッチング素子を１２０度の位相差でオンオフし、前記バッテリの温度が前記低温閾値よりも低い場合は３個の前記下スイッチング素子を同じタイミングでオンオフする、
電気自動車。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、バッテリとインバータと電気モータを備える電気自動車に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
インバータは、上スイッチング素子と下スイッチング素子の直列接続体を３組備える。３組の直列接続体はバッテリの正極と負極の間に並列に接続されている。電気モータは３個のコイル（ステータコイル）を備える。それぞれのコイルの一端は、それぞれの直列接続体の中点に接続されている。３個のコイルの他端は互いに接続されており、その接続点は中性点と呼ばれる。下スイッチング素子とコイルは、昇圧回路と同じ構成である。そこで、コイルの中性点に外部電源の正極を接続し、外部電源の負極をバッテリの負極に接続し、下スイッチング素子を適宜にオンオフすることで、外部電源の電圧を昇圧してバッテリに供給することができる。別言すれば、インバータと電気モータを使ってバッテリの出力電圧よりも低い電圧の外部電源でバッテリを充電することができる。そのような技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
モータの３個のコイルとインバータ（３個の上または下スイッチング素子）は、並列に接続された３個の電圧変換回路を構成する。特許文献１には、電流リプルが低くなるように、駆動する電圧変換回路の数と外部電源の出力電圧を決定する技術が開示されている。なお、本明細書では、電気モータのコイルの中性点に外部電源の正極を接続し、バッテリの負極に外部電源の負極を接続し、インバータのスイッチング素子と電気モータのコイルを昇圧回路として用いてバッテリを充電することを、「中性点経由充電」と称する場合がある。
【０００４】
また、バッテリは低温で充放電を行うと劣化が進行することが知られている。特許文献２には、充電前にバッテリの温度が低い場合には、バッテリとコンデンサの間で短時間ずつ電力を交互に移動させてバッテリを温める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－０９３６０８号公報
特開２０１１－８３１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書は、中性点経由充電の際に、特許文献２の技術とは異なる方法でバッテリを昇温する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する電気自動車は、バッテリと、インバータと、電気モータと、コントローラを備える。インバータは、３組の直列接続体を備える。それぞれの直列接続体は、バッテリの正極に接続されている上スイッチング素子と、バッテリの負極に接続されている下スイッチング素子と、上スイッチング素子と下スイッチング素子の夫々に逆並列に接続されているダイオードを備える。上スイッチング素子と下スイッチング素子が直列に接続される。なお、逆並列とは、ダイオードが、スイッチング素子に流れる電流の方向とは逆方向に電流を通すように接続されることを意味する。
【０００８】
電気モータは、３個のコイルを備える。夫々のコイルの一端が３組の直列接続体の夫々の中点に接続されており他端が中性点に接続されている。コントローラは、外部電源の正極が中性点に接続され外部電源の負極がバッテリの負極に接続されると３個の下スイッチング素子をオンオフして外部電源の電圧を昇圧してバッテリを充電する。コントローラは、バッテリの温度が所定の低温閾値よりも高い場合は３個の下スイッチング素子を１２０度の位相差でオンオフし、バッテリの温度が低温閾値よりも低い場合は３個の下スイッチング素子を同じタイミングでオンオフする。
【０００９】
３個の下スイッチング素子を同時にオンオフすると、３個のコイルのそれぞれからバッテリへ流れる電流が同じタイミングで脈動し、リプルが増大する。大きいリプルを含む電流がバッテリへ流れ込むことでバッテリが温められる。一方、バッテリを昇温する必要のないときには、コントローラは３個の下スイッチング素子を１２０度の位相差でオンオフする。３個のコイルのそれぞれからバッテリへ流れる電流の脈動が１２０度の位相差を有することになり、リプルのピークが抑えられる。
【００１０】
本明細書が開示する技術は、本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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