JP7070694B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両、特に内燃機関を有する電動車両に関する。

従来、回転電機によって内燃機関を始動する電動車両が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の電動車両は、回転電機に電力を供給する駆動用電池が故障した場合は、電動車両の外部からの電力を用いて、回転電機に電力を供給する。

特開２０１３－８６６９５号公報

しかし、駆動用電池が故障していない状態であっても、低温環境下では駆動用電池の出力電力が低くなる場合がある。特許文献１の電動車両では、駆動用電池の出力電力が低くなる低温環境下において、内燃機関を回転電機によって始動することができない。このため、従来の電動車両では、低温環境下において、電動走行だけでなく内燃機関による走行もできなくなることがある。

本発明の課題は、低温環境下においても、内燃機関を回転電機によって始動できる電動車両を提供することにある。

本発明に係る電動車両は、電動車両に搭載される内燃機関と、回転電機と、駆動用電池と、温度取得部と、充電部と、制御部と、を備える。回転電機は、内燃機関を始動する。駆動用電池は、回転電機を駆動する。温度取得部は、駆動用電池の温度を取得する。充電部は、電動車両の外部から給電された電力を電動車両に供給する。制御部は、外部の電源と駆動用電池とが接続されている際であって温度取得部で取得した温度が、駆動用電池によって回転電機を介して内燃機関を始動不能な所定温度未満の場合には、回転電機に外部から給電された電力を回転電機に供給可能なように充電部を制御して内燃機関を始動する。

この構成によれば、駆動用電池が、内燃機関を回転電機によって始動できない所定温度より低い場合は、回転電機に電動車両の外部から電力を供給して、内燃機関を始動することができる。これによって、低温環境下においても、内燃機関を回転電機によって始動できる電動車両を提供できる。

制御部は、内燃機関を始動する際に、回転電機に供給する電力が、充電部の許容電力である所定電力未満となるように、回転電機を制御してもよい。

この構成によれば、充電部の許容電力である所定電力未満の電力を用いて、回転電機を駆動することができる。これによって、充電部からの回転電機の駆動電力が許容電力未満に抑制されるので、充電部の故障を防止することができる。

回転電機は、内燃機関によって駆動されることで発電してもよい。電動車両は、回転電機で発電した電力によって駆動用電池を高充電状態に充電するチャージモードと、回転電機で発電した電力によって駆動用電池を高充電状態まで充電しないような通常の発電状態とする通常モードと、を有してもよい。制御部は、内燃機関の始動後、電池温度が、駆動用電池からの電力を回転電機に供給することで内燃機関を始動可能な所定温度以上となるまで、内燃機関をチャージモードで要求される所定の負荷以上で運転してもよい。所定の負荷は、チャージモードで要求される内燃機関の回転数であってもよい。

この構成によれば、内燃機関を所定の負荷以上で運転することで、内燃機関によって駆動される回転電機の発電量を大きくすることができる。これによって、駆動用電池の充電時間を短縮することができる。また、内燃機関をチャージモードで要求される所定の負荷以上で運転することで、内燃機関の温度が上昇し、内燃機関の放熱量が増加する。この結果、駆動用電池の雰囲気温度が上昇し、駆動用電池の出力電力も上昇する。さらに、例えば、回転電機で発電した発電電力を利用して電気温水ヒータ等の機器で駆動用電池を温めることもできる。

制御部は、駆動用電池が所定温度以上になった場合、内燃機関の停止を許可してもよい。この構成によれば、駆動用電池の出力可能な電力が回復した後は、内燃機関の運転機会が減少し、電動車両の燃料の消費を抑制できる。

充電部は、接続部と、検知部と、を有してもよい。接続部は、電動車両の外部の電源に
電気的に接続可能な電力線に電気的に接続される。検知部は、接続部に電力線が接続されているか否かを検知する。電動車両は、表示部をさらに備えてもよい。表示部は、電力線の接続を要求する画面を表示する。制御部は、電力線が接続されていない場合は、電力線の接続を要求する画面を表示し、電力線が接続された状態で内燃機関を所定の負荷以上で運転した後は、電力線の接続の解除を要求する画面を表示する。

この構成によれば、運転席に乗車したユーザに対して、電力線が接続部に接続されていない際に、ユーザに対し、電力線の接続を表示によって促すことができる。これにより、例えば、電力線を一旦取り外した後に乗車したユーザに対して、再び電力線の接続を要求し、電動車両外部から充電部に電力を供給することができる。

制御部は、内燃機関が始動した後に電力線が接続部に接続されていない場合、電動車両の走行を許可してもよい。この構成によれば、内燃機関が始動した後に電力線が外れた状態で、電動車両を走行させることができる。これによって、駆動用電池の出力電力が回復する前に、すばやく車両を走行させることができる。また、電力線が接続されている状況で、車両を走行させると、電力線が損傷するおそれがある。この構成によれば、電力線が接続部に接続されていないことを条件として、走行を許可するため、電力線が損傷するのを防止できる。

本発明に係る電動車両は、低温環境下においても、内燃機関を回転電機によって始動できる電動車両を提供できる。

本発明の電動車両のシステムの概略構成図。 本発明の電動車両の制御系の構成図。 本発明の制御部が行う制御のフローチャート。 本発明の制御部に記憶される電池出力とＳＯＣとの関係を示したマップ。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるプラグインハイブリッド型の電動車両１のシステム概略構成図である。本実施形態の電動車両１は、内燃機関としてのエンジン（内燃機関）２の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ６を備えた前輪駆動車である。電動車両１は、エンジン２と、前輪３と、後輪５と、モータジェネレータ（回転電機）９と、駆動用電池１１と、電池モニタユニット（温度取得部）１１ａと、充電部１５と、制御部２０と、エンジン制御部２２と、表示部２４と、表示制御部２６と、を備える。制御部２０は、電動車両１全体を制御するハイブリッド制御部として機能する。

エンジン２は、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、減速機７を介して回転電機としてのモータジェネレータ９を駆動して発電させることが可能となっている。エンジン２は、モータジェネレータ９によってクランキングされ始動される。エンジン２には、マフラーを含む排気管３４が接続される。排気管３４は、駆動用電池１１の側面を通って電動車両１の車両後方へ延設される。

モータジェネレータ９は、エンジン２によって駆動されることで発電する。モータジェネレータ９によって発電された電力は、インバータ１０を介して駆動用電池１１を充電可能であるとともに、フロントモータ６に電力を供給可能である。モータジェネレータ９は、発電に加えて、制御部２０からの制御信号に基づき、駆動用電池１１から電力を供給されて、エンジン２を回転駆動することができ、エンジン２のスタータモータとしての機能を有する。

フロントモータ６は、インバータ１０を介して、電動車両１に搭載された駆動用電池１１及びモータジェネレータ９から三相交流電力を供給されて駆動し、減速機７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。減速機７には、エンジン２の出力軸と前輪３の駆動軸８との間の動力の伝達を断接切換え可能なクラッチ７ａが内蔵されている。

駆動用電池１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有しており、フロントモータ６の電源として機能する。さらに駆動用電池１１は、電池モジュールの充電率（State Of Charge、以下、ＳＯＣ）の算出、及び電池モジュールの温度BＴの検出を行う電池モニタユニット１１ａが設けられる。電池モニタユニット１１ａは、温度取得部を構成する。駆動用電池１１は、電池制御部２８を介して制御部２０に接続される。

インバータ１０は、モータ制御部１０ａとジェネレータ制御部１０ｂを有する。モータ制御部１０ａは、制御部２０からの制御信号に基づきフロントモータ６の出力を制御する。ジェネレータ制御部１０ｂは、制御部２０からの制御信号に基づきモータジェネレータ９の発電量を制御する。

図２に示すように、充電部１５は、主に駆動用電池１１を外部電力によって充電するために設けられる。充電部１５は、電動車両１の外部から給電された電力を電動車両１に供給する。充電部１５は、電動車両１の外部の電源から伸びる電力線１６の給電コネクタ１６ａを接続可能な接続部１５ａと、接続部１５ａに電力線１６が接続されているか否かを検知する検知部１５ｂと、を有する。接続部１５ａは、外部電力を供給可能な電力線１６の先端に設けられる給電コネクタ１６ａを電気的に接続可能である。充電部１５は、充電制御部３０を介して制御部２０によって制御される。また、充電部１５は、駆動用電池１１と電気的に接続され、駆動用電池１１に電力を供給可能に設けられる。さらに、充電部１５は、インバータ１０を介して、フロントモータ６およびモータジェネレータ９と電気的に接続され、フロントモータ６およびモータジェネレータ９に電力を供給可能に設けられる。なお、充電部１５は、許容電力が設定される。許容電力は、充電部１５がフロントモータ６、モータジェネレータ９、および、駆動用電池１１に対し電力を供給する際の、充電部１５の能力の限界値を示す。許容電力は、駆動用電池１１を充電するために必要な電力値に対し安全率を考慮した所定電力Ｗｍａｘに設定される。

表示部２４は、例えば、ドライバーが視認しやすいメータパネル内に設けられる。表示部２４は、表示制御部２６を介して制御部２０によって制御される。具体的には、電池モジュールの温度BＴが所定温度ＰＴ(例えば、摂氏-４０度以下)以下に低下すると、電力線１６を充電部１５に接続して外部電源を投入する旨のプラグイン要求の表示を行う。これは、電池モジュールの温度BＴが所定温度に低下すると、駆動用電池１１の出力可能電力が低下してモータジェネレータ９がエンジン２を始動できなくなるからである。

制御部２０は、電動車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。

制御部２０には、図１及び図２に示すように、駆動用電池１１の電池モニタユニット１１ａ、電池制御部２８、インバータ１０のモータ制御部１０ａおよびジェネレータ制御部１０ｂ、エンジン制御部２２、車速Ｖを検出する車速センサ３２、駆動用電池１１から変圧した電力により作動するヘッドライトや空調用ファンモータ等の補機類（図示せず）に含まれる制御装置（図示せず）が、通信線を介して接続される。

次に、制御部２０による制御動作の一例を図３のフローチャートに基づいて説明する。

図３のステップＳ１では、制御部２０は、電池制御部２８を介して電池モニタユニット１１ａが計測した電池モジュールの電池温度ＢＴを取り込み、電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ未満であるか否かを判断する。所定温度ＰＴは、例えば電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値が１０％未満であれば、摂氏－１０度である。所定温度ＰＴは、電池温度ＢＴが摂氏-４０度以下の場合は、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値に限らず一定である。すなわち、所定温度ＰＴは、駆動用電池１１の電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値によって異なる値である。

図４に示すように、電池モジュールの温度ＢＴがさがると、電池モジュールの出力可能電力が急激に減少する。例えば、電池モジュールの温度ＢＴが摂氏２０度のときは、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)が変化しても、出力可能電力はモータジェネレータ９を回転駆動できる値を維持できる。しかし、電池モジュールの温度ＢＴが摂氏－１０度のときは、出力可能電力は摂氏２０度の半分以下になる。電池モジュールの温度ＢＴが摂氏－４０度のときは、出力可能電力は、ほとんど０である。所定温度ＰＴは、この駆動用電池１１の出力可能電力に基づいて設定される。すなわち、所定温度ＰＴは、出力可能電力がモータジェネレータ９によってエンジン２を始動できない電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値、および、電池モジュールの温度ＢＴを基準に設定される。制御部２０は、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)毎の所定温度ＰＴを定めたマップを記憶してもよい。このマップでは、所定温度ＰＴは、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値が低ければ低いほど高くなる。一方、所定温度ＰＴは、例えば摂氏－４０度以下では、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)の値によらず一定となる。

制御部２０は、ステップＳ１で電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ未満であると判断すると、ステップＳ１からステップＳ２に処理を進める。ステップＳ２では、制御部２０は、充電制御部３０を介して電力線１６がすでに充電部１５に接続されたプラグイン状態か否かを判断する。制御部２０は、プラグイン状態でないと判断すると（ステップＳ２ ＮＯ）、ステップＳ１３に処理を進めてプラグインを要求するプラグイン要求画面を表示する。

制御部２０は、プラグイン状態であると判断すると、ステップＳ２からステップＳ３に処理を進める。ステップＳ３では、制御部２０は、充電部１５を起動して、充電部１５に供給された外部電源からの電力を、駆動用電池１１でなく、インバータ１０に供給する。制御部２０は、このときモータジェネレータ９に供給する電力が、充電部１５の許容電力である所定電力Ｗｍａｘ未満となるように、モータジェネレータ９を制御する。これによって、充電部１５が許容電力を超え、故障することを防止する。ステップＳ４では，制御部２０は、インバータ１０によって、供給された直流の電力を三相交流の電力に変換させる。そして、制御部２０は、ジェネレータ制御部１０ｂを介して、モータジェネレータ９を回転させ、エンジン２をクランキングして始動させ、ステップＳ５に処理を進める。ステップＳ５では、制御部２０は、エンジン２のクランクアングルセンサ（図示せず）によって、エンジン２が始動を完了したか否かを判断する。エンジン２の始動が完了していないと、制御部２０が判断すると、制御部２０は、ステップＳ５からステップＳ４に処理を進める。エンジンの始動が完了したと判断すると、制御部２０は、ステップＳ５からステップＳ６に処理を進める。ステップＳ６では、制御部２０は、エンジン制御部２２を介してエンジン２を、高回転かつ高発電量で運転させる。すなわち、制御部２０は、エンジン２を所定の負荷Ｑ以上、すなわち、高負荷運転する。これによって、エンジン２に接続された排気管３４や、エンジン２本体から発する熱によって駆動用電池１１の温度を上昇させることができ、駆動用電池１１の出力可能電力を増加させることができる。さらに、例えば、電動車両１に電力によって水を温める電気温水ヒータ（図示せず）を用いた場合、モータジェネレータ９で発電した電力を用いて水を温め、駆動用電池１１を温めることもできる。ここで、所定の負荷Ｑとは、例えば、モータジェネレータ９で発電した電力によって駆動用電池１１を高充電状態とするような場合（チャージモード）にエンジン２に要求される負荷であり、駆動用電池１１を高充電状態まで充電しない通常の発電状態（通常モード）の際にエンジン２に要求される負荷より大きいことを表している。また、チャージモードでは、エンジン２に対して所定の回転数Ｒ以上での運転を要求してもよい。所定の回転数Ｒは、チャージモードにおける所定の負荷Ｑを達成するエンジン２の回転数であることを表している。この場合は、チャージモードにおけるエンジン２の回転数は、通常モードにおけるエンジン２の回転数より高くなる。

ステップＳ７では、制御部２０は、表示制御部２６を介して表示部２４に電力線１６を充電部１５から外す旨を示すプラグイン解除メッセージを表示させる。ステップＳ８では、制御部２０は、使用者が充電部１５から電力線１６を外したか否か、すなわち、プラグイン状態が解除されたか否かを判断する。プラグイン状態が解除されていないと判断すると、制御部２０は、ステップＳ８からステップＳ７に処理を進める。プラグイン状態が解除されていると判断すると、制御部２０は、ステップＳ８からステップＳ９に処理を進める。ステップＳ９では、制御部２０は表示部２４に走行を許可する旨を表示させ、電動車両１の走行を許可する。走行許可する旨の表示は、例えばシフトレバー（図示せず）がＤドライブに挿入可能な状態であることを示す。

ステップＳ１０では、制御部２０は、電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ以上であるか否かを判断する。電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ以上ではない場合は、制御部２０は、電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ以上になるのを待つ。電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ以上になると、制御部２０は、ステップＳ１０からステップＳ１１に処理を進める。ステップＳ１１では、制御部２０は、エンジン２の停止を許可する。このとき、制御部２０は、電動車両１の他の制御からエンジン２の運転継続の要求が無い場合は、エンジン２を停止する。すなわち、制御部２０は、電池温度ＢＴが所定温度ＰＴとなるまでは、エンジン２の高負荷運転を継続する。

一方、ステップＳ１で、制御部２０は、電池温度ＢＴが所定温度ＰＴ以上であると判断すると、制御部２０は、ステップＳ１からステップＳ１２に処理を進める。ステップＳ１２では、制御部２０は、電動車両１を通常起動させる。通常起動では、エンジン２を始動させる際は、駆動用電池１１からの電力をモータジェネレータ９に供給することで行われる。また、制御部２０は、通常起動では、所定温度ＰＴ未満の際の制御と異なり、エンジン２は必ずしも始動させる必要はない。制御部２０は、電池モジュールの充電率（ＳＯＣ）の値に応じて、駆動用電池１１の電力によってフロントモータ６を駆動させて電動車両１を走行可能な状態と判定した場合は、エンジン２を始動せず、ステップＳ７へ処理を進める。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

（ａ）上記実施形態では、前輪を電動駆動および内燃機関駆動するプラグインハイブリット型の前輪駆動の電動車両を開示したが、本発明はこれに限定されない。プラグインハイブリット型の電動車両であれば、どのような電動車両にも本発明を適用できる。例えば、全輪を電動駆動する全輪駆動の電動車両、前後輪を内燃機関駆動する全輪駆動の電動車両、および後輪を電動駆動する後輪駆動の電動車両にも本発明を適用できる。

（ｂ）上記実施形態では、モータジェネレータ９を、エンジン２の始動と、発電のために用いるプラグインハイブリッド型の電動車両を開示したが、本発明はこれに限定されない。モータジェネレータ９は、エンジン２の始動と、発電に加えて、前輪３を駆動してもよい。

（ｃ）上記実施形態では、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)毎の所定温度ＰＴを定めたマップを記憶している制御部２０を開示したが、本発明はこれに限定されない。所定温度ＰＴは、駆動用電池１１の出力可能電力に基づいて設定されていれば、マップとして記憶されていなくてもよい。例えば、制御部２０は、所定温度ＰＴを摂氏－４０度と定めて、所定温度ＰＴ未満では電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)によらず、一律的に本発明の制御を行うこととしてもよい。また、制御部２０は、電池モニタユニット（温度取得部）１１ａで取得した温度と、電池モジュールの充電率(ＳＯＣ)を、図４に示すマップに当てはめることで、駆動用電池１１の出力可能電力を推定してもよい。制御部２０は、推定した出力可能電力とエンジン２を始動に必要な電力とを比較し、推定した出力可能電力がエンジン２を始動する電力よりも小さい場合に、取得した温度を所定温度ＰＴとして記憶してもよい。また、制御部２０は、電池モジュールの電池劣化状態（State OF Health）が所定値未満の際に、外部から給電された電力をモータジェネレータ９に供給可能に充電部１５を制御してもよい。さらに、制御部２０は、電池モジュールの電池電圧が所定電圧未満の場合に、外部から給電された電力をモータジェネレータ９に供給可能に充電部１５を制御してもよい。

１：電動車両，２：エンジン（内燃機関），９：モータジェネレータ（回転電機）
１１：駆動用電池，１１ａ：電池モニタユニット（温度取得部）、１５：充電部
１５ａ：接続部，１５ｂ：検知部
１６：電力線，２０：制御部，２４：表示部
ＢＴ：電池温度，ＰＴ：所定温度，Ｗｍａｘ：所定電力，Ｑ：所定の負荷

Claims (5)

1. 電動車両に搭載される内燃機関と、
   前記内燃機関を始動する回転電機と、
   前記回転電機を駆動するとともに外部の電源から電力が供給される駆動用電池と、
   前記駆動用電池の温度を取得する温度取得部と、
   前記電動車両の外部から給電された電力を前記電動車両に供給する充電部と、
   前記外部の電源と前記駆動用電池とが接続されている際であって前記温度取得部で取得した温度が、前記駆動用電池によって前記回転電機を介して前記内燃機関を始動不能な所定温度未満の場合には、前記外部の電源から給電された電力を前記回転電機に供給可能なように前記充電部を制御して前記内燃機関を始動する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記内燃機関を始動する際に、前記回転電機に供給する電力が、前記充電部の許容電力である所定電力未満となるように、前記回転電機を制御し、
   前記回転電機は、前記内燃機関に駆動されることで発電し、
   前記電動車両は、前記回転電機で発電した電力によって前記駆動用電池を高充電状態に充電するチャージモードと、前記回転電機で発電した電力によって前記駆動用電池を前記高充電状態まで充電しないような通常の発電状態とする通常モードと、を有し、
   前記制御部は、前記内燃機関の始動後、前記駆動用電池が、前記駆動用電池からの電力を前記回転電機に供給することで前記内燃機関を始動可能な所定温度以上となるまで、前記内燃機関を前記チャージモードで要求される所定の負荷以上で運転する、
   電動車両。
2. 前記所定の負荷は、
   前記チャージモードで要求される前記内燃機関の回転数である、
   請求項１に記載の電動車両。
3. 前記制御部は、前記駆動用電池が所定温度以上になった際に、前記内燃機関の停止を許可する、請求項１または２に記載の電動車両。
4. 前記充電部は、
   前記電動車両の外部の電源から伸びる電力線が接続される接続部と、
   前記接続部に前記電力線が接続されているか否かを検知する検知部と、を有し、
   前記電力線の接続を要求する画面を表示する表示部をさらに備え、
   前記制御部は、前記電力線が接続されていない場合は、前記電力線の接続を要求する画面を表示し、前記電力線が接続された状態で前記内燃機関を前記所定の負荷以上で運転した後は、前記電力線の接続の解除を要求する画面を表示する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両。
5. 前記制御部は、前記内燃機関が始動した後に前記電力線が前記接続部に接続されていない場合、前記電動車両の走行を許可する、請求項４に記載の電動車両。

Images