JP5661536B2

JP5661536B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP5661536B2
Application number: JP2011075839A
Authority: JP
Inventors: 洋祐大伴
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012210133A

Description

本発明は、充電器を用いて充電される蓄電デバイスを備えた電動車両に関する。

近年、動力源として電動モータを備える電動車両の開発が進められている。電動車両に搭載されるバッテリ等の蓄電デバイスを充電する際には、充電器の充電ケーブルを接続して充電することが一般的となっている。また、動力源としてエンジンおよび電動モータを備えるハイブリッド型の電動車両においても、充電器によって蓄電デバイスを充電可能とした所謂プラグイン方式のハイブリッド型電動車両が開発されている。

また、電動車両には蓄電デバイスの蓄電量を表示する車内計器が設置されており、運転手は蓄電量を確認することが可能となっている。ところで、運転手に違和感を与えないためには、車内計器に表示される蓄電量の極端な変動を防止することが重要である。例えば、蓄電デバイスの端子電圧から蓄電量を推定する電動車両においては、車両停止時と車両走行時とでは端子電圧が大きく相違することから、走行開始直後に蓄電量が大きく減少して推定されることになる。このような短期間における蓄電量の大きな変動は、運転手に不安感を与えてしまう要因となっていた。そこで、車両停止時においても車両走行時の端子電圧を推定しながら蓄電量を算出することにより、蓄電量の極端な変動を抑制するようにした電動車両が開発されている(例えば、特許文献１参照)。

特開平１０−２９３１６４号公報

しかしながら、蓄電量が変動する状況としては車両発進時に限られることはなく、充電器によって蓄電デバイスを充電した直後においても、蓄電量が大きく変動して運転手に違和感を与えてしまうおそれがある。一般的に、バッテリ等の蓄電デバイスは、電極間でアニオンやカチオンを移動させて電荷を充放電させる構造となっている。このため、充電器による充電が終了した場合であっても、蓄電デバイス内のアニオン等の移動が落ち着くまでは、蓄電デバイスの蓄電量が徐々に低下することになっていた。したがって、例えば充電中の充電器に「充電量８５％」と表示されていた場合であっても、充電後の車内計器に「充電量７８％」と表示されることも想定される。このように、電力を消費していないにも拘わらず充電量が減少することは、運転手に対して違和感を与える要因であった。

本発明の目的は、運転手に違和感を与えることなく蓄電デバイスの蓄電量を表示させることにある。

本発明の電動車両は、充電器を用いて充電される蓄電デバイスを備えた電動車両であって、充放電に伴って変動する前記蓄電デバイスの蓄電量を、実蓄電量として算出する蓄電量算出手段と、前記充電器による充電中に前記実蓄電量を前記充電器に送信し、前記充電器に前記実蓄電量を表示させる蓄電量送信手段と、前記充電器による充電終了時点で算出された前記実蓄電量を、終了時蓄電量として記憶する蓄電量記憶手段と、前記充電器による充電終了後の車両起動時には、前記蓄電デバイスの電力が所定量を超えて消費される状態となるまで、車内計器に前記終了時蓄電量を表示する蓄電量表示手段と、を有することを特徴とする。

本発明の電動車両は、前記蓄電量表示手段は、前記蓄電デバイスの電力が所定量を超えて消費される状態になるとともに車両起動から所定時間が経過するまで、前記車内計器に前記終了時蓄電量を表示することを特徴とする。

本発明の電動車両は、前記蓄電量表示手段は、前記車内計器に前記終了時蓄電量を表示した後に前記実蓄電量を表示することを特徴とする。

本発明の電動車両は、前記蓄電量表示手段は、前記車内計器の表示を前記終了時蓄電量から前記実蓄電量に切り換える際に、前記終了時蓄電量から前記実蓄電量に徐々に変化させることを特徴とする。

本発明によれば、充電終了時点で算出された実蓄電量を終了時蓄電量として記憶し、充電終了後の車両起動時には、所定以上の電力消費状態となるまで車内計器に終了時蓄電量を表示している。これにより、充電終了時における蓄電量とその後の車両起動時における蓄電量との表示を一致させることができ、運転手に対して安心感を与えることが可能となる。

本発明の一実施の形態である電動車両の充電状況を示す概略図である。電動車両の内部構造を示す概略図である。充電器の内部構造を示す概略図である。電動車両の充電口に対して充電器の充電ケーブルを接続した状態を示す概略図である。充電状態の送信状況を示す説明図である。充電中から充電後にかけて推移する充電状態の一例を示す説明図である。 (ａ)および(ｂ)は充電状態の表示状況を示す説明図である。表示パネルやインストルメントパネルに表示される充電状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である電動車両１０の充電状況を示す概略図である。また、図２は電動車両１０の内部構造を示す概略図である。さらに、図３は充電器１１の内部構造を示す概略図である。まず、図１に示すように、電動車両１０には蓄電デバイスとしてバッテリ１２が搭載されており、このバッテリ１２を充電する際には充電器１１の充電ケーブル１３が電動車両１０の充電口１４に接続される。そして、充電器１１は充電電流や充電電圧を制御しながら、所定の充電状態ＳＯＣまでバッテリ１２を充電することになる。ここで、充電状態ＳＯＣとは、満充電時の蓄電容量に対する蓄電量の割合を示す値である。すなわち、充電状態ＳＯＣとはバッテリ１２の蓄電量を意味している。

図２に示すように、電動車両１０は動力源であるモータジェネレータ２０を有しており、モータジェネレータ２０は駆動軸２１を介して駆動輪２２に連結されている。また、モータジェネレータ２０とバッテリ１２とは、直流電力と交流電力とを双方向に変換するインバータ２３を介して接続されている。なお、バッテリ１２とインバータ２３とを接続する通電ライン２４，２５にはメインリレー２６が設けられている。また、車体側部の充電口１４には受電コネクタ２７が設置されており、受電コネクタ２７には一対の受電端子２７ａ，２７ｂが設けられている。一方の受電端子２７ａは受電ライン２８を介して正極側の通電ライン２４に接続され、他方の受電端子２７ｂは受電ライン２９を介して負極側の通電ライン２５に接続されている。また、電動車両１０には、受電ライン２８，２９の電圧を検出する電圧センサ３０が設けられるとともに、受電ライン２８の電流を検出する電流センサ３１が設けられている。さらに、受電コネクタ２７には信号端子２７ｃが設けられており、この信号端子２７ｃには通信ライン３２が接続されている。

また、電動車両１０には、車両全体を統合制御する車両制御ユニット３３、バッテリ１２を制御するバッテリ制御ユニット３４、インバータ２３を制御するモータ制御ユニット３５が設けられている。これらの制御ユニット３３〜３５は、通信ネットワーク３６を介して相互に接続されている。なお、各制御ユニット３３〜３５はＣＰＵやメモリ等によって構成されている。また、車両制御ユニット３３には、電動車両１０の制御系統を起動させる際に運転手に操作される起動スイッチ３７が接続されている。さらに、バッテリ制御ユニット３４には、バッテリ１２の端子電圧を検出する電圧センサ３８ａが接続されるとともに、バッテリ１２の充放電電流を検出する電流センサ３８ｂが接続されている。そして、蓄電量算出手段として機能するバッテリ制御ユニット３４は、バッテリ１２の端子電圧や充放電電流等に基づいてバッテリ１２の実蓄電量である充電状態ＳＯＣを算出する。充電状態ＳＯＣの算出方法としては、バッテリ１２の端子電圧から充電状態ＳＯＣを算出する方法、バッテリ１２の充放電電流を積算して充電状態ＳＯＣを算出する方法、端子電圧や電流積算を組み合わせて充電状態ＳＯＣを算出する方法等を用いられる。このような充電状態ＳＯＣを表示するため、電動車両１０には車内計器としてのインストルメントパネル３９が設けられている。

図３に示すように、充電器１１には、外部電源４０からの交流電力を充電用の直流電力に変換する電力変換部４１が設けられている。この電力変換部４１は、整流回路、変圧器、スイッチング回路等によって構成されている。また、充電器１１に設けられる充電ケーブル１３の先端には、受電コネクタ２７に対して着脱自在となる給電コネクタ４２が設けられている。この給電コネクタ４２には、受電コネクタ２７の受電端子２７ａ，２７ｂに対応する一対の給電端子４２ａ，４２ｂが設けられている。一方の給電端子４２ａは給電ライン４３を介して電力変換部４１の正極端子４１ａに接続され、他方の給電端子４２ｂは給電ライン４４を介して電力変換部４１の負極端子４１ｂに接続されている。また、充電器１１には、給電ライン４３，４４の電圧を検出する電圧センサ４５が設けられるとともに、給電ライン４３の電流を検出する電流センサ４６が設けられている。さらに、給電コネクタ４２には信号端子４２ｃが設けられており、この信号端子４２ｃには通信ライン４７が接続されている。また、充電器１１にはＣＰＵやメモリ等によって構成される充電制御ユニット４８が設けられており、充電制御ユニット４８から電力変換部４１に対して制御信号が出力されている。さらに、充電器１１には、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣを表示するための表示パネル４９が設けられている。

ここで、図４は電動車両１０の充電口１４に対して充電器１１の充電ケーブル１３を接続した状態を示す概略図である。図４に示すように、充電口１４の受電コネクタ２７に充電ケーブル１３の給電コネクタ４２を接続することにより、給電ライン４３，４４および受電ライン２８，２９を介して電力変換部４１とバッテリ１２とが接続された状態となる。また、充電口１４の受電コネクタ２７に充電ケーブル１３の給電コネクタ４２を接続することにより、通信ライン３２，４７を介して車両制御ユニット３３と充電制御ユニット４８とが接続された状態となる。このように電動車両１０に対して充電器１１が接続される充電時においては、バッテリ制御ユニット３４から車両制御ユニット３３に向けて各種バッテリ情報(電流指令値、電圧指令値、充電状態ＳＯＣ等)が送信される。さらに、これらのバッテリ情報は、蓄電量送信手段として機能する車両制御ユニット３３から通信ライン３２，４７を介して充電制御ユニット４８に送信される。そして、充電制御ユニット４８は、電流指令値に対応する電流や電圧指令値に対応する電圧を得るべく電力変換部４１に制御信号を出力し、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣが所定の目標値に達するまでバッテリ１２を充電することになる。

また、充電制御ユニット４８は、作業者にバッテリ１２の充電状況を示すため、車両制御ユニット３３から送信された充電状態ＳＯＣを表示パネル４９に表示している。ここで、図５は充電状態ＳＯＣの送信状況を示す説明図である。図５に示すように、電動車両１０で算出された充電状態ＳＯＣは、充電ケーブル１３の通信ライン４７を経て充電器１１に送信されている。すなわち、作業者に向けて表示パネル４９に表示される充電状態ＳＯＣは、充電器側の充電制御ユニット４８によって算出された値ではなく、電動車両側のバッテリ制御ユニット３４によって算出された値となっている。すなわち、電動車両１０のインストルメントパネル３９に表示される充電状態ＳＯＣと、充電器１１の表示パネル４９に表示される充電状態ＳＯＣとを一致させることが可能となる。これにより、充電中に充電器１１の表示パネル４９を見て確認した充電状態ＳＯＣと、その後、電動車両１０のインストルメントパネル３９を見て確認した充電状態ＳＯＣとが一致することから、運転手に対して安心感を与えることが可能となる。

ところで、バッテリ１２は、正極と負極との間でアニオン等を移動させることで電荷を充放電させる構造を有している。このため、充電器１１による充電が終了した場合であっても、バッテリ１２内のアニオン等の移動が落ち着くまでは、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣが徐々に低下することになる。ここで、図６は充電中から充電後にかけて推移する充電状態ＳＯＣの一例を示す説明図である。なお、図６には、バッテリ制御ユニット３４によって算出された充電状態ＳＯＣを破線Ｓ１で示し、この算出された充電状態ＳＯＣに移動平均処理等のフィルタ処理を施した充電状態ＳＯＣを実線Ｓ２で示している。まず、図６に破線Ｓ１で示すように、バッテリ１２の充電状態ＳＯＣが７８％に達するまで充電を実施した場合には、バッテリ１２内の化学的な反応が落ち着くまで充電状態ＳＯＣは徐々に低下する。そして、バッテリ１２内の化学的な反応に起因する遅れ時間Ｔ１をかけ、充電状態ＳＯＣは７５％に向けて収束することになる。また、バッテリ制御ユニット３４によって算出される充電状態ＳＯＣを利用する際には、ノイズの影響を排除する観点から移動平均処理や加重平均処理等のフィルタ処理を施すことがある。この場合には、図６に実線Ｓ２で示すように、前述した遅れ時間Ｔ１に加えてフィルタ処理に起因する遅れ時間Ｔ２をかけ、充電状態ＳＯＣは７５％に向けて収束することになる。すなわち、図６に示す場合においては、充電終了時点では、充電状態ＳＯＣが見掛け上７８％に達しているが、実際の充電状態ＳＯＣは７５％であり、バッテリ制御ユニット３４に算出される充電状態ＳＯＣは時間経過とともに７５％に収束することになる。

このように、充電終了後に発生する充電状態ＳＯＣの低下現象は、運転手に対して大きな違和感を与えることになっていた。ここで、図７(ａ)および(ｂ)は充電状態ＳＯＣの表示状況を示す説明図である。すなわち、図７(ａ)に示すように、充電終了時に、充電器１１の表示パネル４９に充電状態ＳＯＣが７８％であると表示されていた場合であっても、図７(ｂ)に示すように、その後の車両起動時には、電動車両１０のインストルメントパネル３９に充電状態ＳＯＣが７５％であると表示されることになる。このように、走行していないにも拘わらず充電状態ＳＯＣが低下することは、運転手に対して大きな違和感を与える要因であった。

そこで、蓄電量記憶手段として機能する車両制御ユニット３３は、充電終了時点で算出された充電状態(実蓄電量)ＳＯＣを終了時蓄電量として記憶する。すなわち、充電状態ＳＯＣが７８％に達するまで充電が継続された場合には、終了時蓄電量として７８％が記憶される。その後、運転手によって起動スイッチ３７がＯＮ操作されると、蓄電量表示手段として機能する車両制御ユニット３３は、バッテリ制御ユニット３４からの充電状態ＳＯＣに拘わらず、終了時蓄電量を呼び出してインストルメントパネル３９に表示する。ここで、図８は表示パネル４９やインストルメントパネル３９に表示される充電状態ＳＯＣを示す説明図である。なお、図８には、バッテリ制御ユニット３４によって算出された充電状態ＳＯＣを破線Ｘａで示し、充電中に充電器１１の表示パネル４９に表示される充電状態ＳＯＣを実線Ｘｂで示し、車両起動後に電動車両１０のインストルメントパネル３９に表示される充電状態ＳＯＣを実線Ｘｃで示している。

図８にＸａ，Ｘｂで示すように、充電器１１による充電が終了するまでは、バッテリ制御ユニット３４からの充電状態ＳＯＣと、表示パネル４９に表示される充電状態ＳＯＣとが一致している。そして、車両制御ユニット３３には、充電終了時点の充電状態ＳＯＣが終了時蓄電量αとして記憶される。その後の車両起動時には、車両制御ユニット３３は、バッテリ制御ユニット３４からの充電状態ＳＯＣに拘わらず、終了時蓄電量αを呼び出してインストルメントパネル３９に表示する。すなわち、図８に符号β１で示すように、車両起動時点で算出される充電状態ＳＯＣは７５％であるが、符号β２で示すように、インストルメントパネル３９には充電終了時点と同じ７８％という充電状態ＳＯＣが表示されることになる。このように、充電終了時に充電器１１の表示パネル４９に示されていた充電状態ＳＯＣと、その後の車両起動時に電動車両１０のインストルメントパネル３９に示される充電状態ＳＯＣとを一致させることができるため、運転手に対して安心感を与えることが可能となる。

このような、インストルメントパネル３９に対する終了時蓄電量αの表示は、電動車両１０が所定以上の電力消費状態となるまで継続される。この所定以上の電力消費状態とは、車両走行や空調作動によってバッテリ１２の電力が所定量を超えて消費される状態であり、バッテリ１２の強負荷状態を意味している。なお、終了時蓄電量αの表示を解除する電力消費量の閾値としては、車両走行や空調作動によってバッテリ１２の電力が消費され、運転手が充電状態ＳＯＣの低下に違和感を覚えない大きさに設定される。また、バッテリ制御ユニット３４によって算出される充電状態ＳＯＣの減少量に基づき、電動車両１０の電力消費状態を判定することが可能である。さらに、電動車両１０が所定以上の電力消費状態となっても、起動スイッチ３７が操作されてから所定時間Ｔａが経過するまでは、インストルメントパネル３９に対する終了時蓄電量αの表示は継続される。すなわち、電動車両１０が所定以上の電力消費状態となり、かつ車両起動から所定時間Ｔａが経過するまでは、インストルメントパネル３９に終了時蓄電量αが表示され続けることになる。これにより、短い距離(例えば数メートル)を移動させただけで、インストルメントパネル３９の充電状態ＳＯＣが大きく低下してしまうこと等を防止することができ、運転手に対して安心感を与えることが可能となる。

また、電動車両１０が所定以上の電力消費状態となり、車両起動から所定時間Ｔａが経過している場合には、インストルメントパネル３９の表示が終了時蓄電量αから実際の充電状態(実蓄電量)ＳＯＣに切り換えられる。この場合には、インストルメントパネル３９上の充電状態ＳＯＣが急激に低下することのないように、終了時蓄電量αから実際の充電状態ＳＯＣに徐々に近づけるようにしている。すなわち、運転手が違和感を覚えることのないように、符号γ１から符号γ２に直ちに充電状態ＳＯＣを変化させるのではなく、所定の収束時間をかけて符号γ１から符号γ３に緩やかに充電状態ＳＯＣを変化させるようにしている。これにより、運転手に違和感を与えることなく、実際のバッテリ１２の充電状態ＳＯＣをインストルメントパネル３９に表示させることが可能となる。また、図示する場合には、終了時蓄電量αから実際の充電状態ＳＯＣに向けて連続的に変化しているが、これに限られることはなく、終了時蓄電量αから実際の充電状態ＳＯＣに向けて段階的に変化させても良い。なお、インストルメントパネル３９の表示を、終了時蓄電量αから実際の充電状態ＳＯＣに切り換える際には、充電状態ＳＯＣに施されるフィルタ処理の時定数が、充電時等に比べて長く設定されている。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示する電動車両１０は、駆動源としてモータジェネレータ２０のみを備えた電動車両１０であるが、駆動源としてモータジェネレータ２０およびエンジンを備えたハイブリッド型の電動車両であっても良い。また、蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等のバッテリ１２を採用しているが、これに限られることはなく、蓄電デバイスとして、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタを用いても良い。また、前述の説明では、充電ケーブル１３に接触式の給電コネクタ４２を備えたコンダクティブ方式の充電器１１を用いているが、これに限られることはなく、充電ケーブル１３に非接触式の給電コネクタを備えたインダクティブ方式の充電器を用いても良い。なお、前述の説明では、充電状態ＳＯＣの具体例として７８％や７５％の値を挙げているが、これらの値に限られないことはいうまでもない。

１０電動車両
１１充電器
１２バッテリ(蓄電デバイス)
３３車両制御ユニット(蓄電量記憶手段，蓄電量表示手段，蓄電量送信手段)
３４バッテリ制御ユニット(蓄電量算出手段)
３９インストルメントパネル(車内計器)
ＳＯＣ充電状態(蓄電量，実蓄電量)
α 終了時蓄電量
Ｔａ所定時間

Claims

充電器を用いて充電される蓄電デバイスを備えた電動車両であって、
充放電に伴って変動する前記蓄電デバイスの蓄電量を、実蓄電量として算出する蓄電量算出手段と、
前記充電器による充電中に前記実蓄電量を前記充電器に送信し、前記充電器に前記実蓄電量を表示させる蓄電量送信手段と、
前記充電器による充電終了時点で算出された前記実蓄電量を、終了時蓄電量として記憶する蓄電量記憶手段と、
前記充電器による充電終了後の車両起動時には、前記蓄電デバイスの電力が所定量を超えて消費される状態となるまで、車内計器に前記終了時蓄電量を表示する蓄電量表示手段と、を有することを特徴とする電動車両。
請求項１記載の電動車両において、
前記蓄電量表示手段は、前記蓄電デバイスの電力が所定量を超えて消費される状態になるとともに車両起動から所定時間が経過するまで、前記車内計器に前記終了時蓄電量を表示することを特徴とする電動車両。
請求項１または２記載の電動車両において、
前記蓄電量表示手段は、前記車内計器に前記終了時蓄電量を表示した後に前記実蓄電量を表示することを特徴とする電動車両。
請求項３記載の電動車両において、
前記蓄電量表示手段は、前記車内計器の表示を前記終了時蓄電量から前記実蓄電量に切り換える際に、前記終了時蓄電量から前記実蓄電量に徐々に変化させることを特徴とする電動車両。