JP7830219B2

JP7830219B2 - 電気自動車

Info

Publication number: JP7830219B2
Application number: JP2022071304A
Authority: JP
Inventors: 覚平野
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2022-04-25
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2026-03-16
Anticipated expiration: 2042-04-25
Also published as: JP2023161130A

Description

本発明の一態様は、電気自動車に関する。

特許文献１には、回生ブレーキ動作時に発電した回生電力をバッテリとキャパシタに選択的に送る切替スイッチと、キャパシタに蓄えられた電力をバッテリ又は外部エネルギー回収装置に送出する切替スイッチと、を備える電気自動車が開示されている。

特開２０１０－２００５５１号公報

ここで、バッテリの電圧が充電可能電圧よりも高い場合に回生電力がバッテリに供給されると、過充電によりバッテリが破損するおそれがある。そのため、回生電力を適切に分配することは重要である。従来、このような回生電力の分配は制御により実施されている。しかしながら、ドライバの負担等を考慮すると、このような回生電力の分配が自動で実施されることが好ましい。

本発明の一態様は上記実情に鑑みてなされたものであり、回生電力の分配を自動的に実施することを目的とする。

本発明の一態様に係る電気自動車は、バッテリと、ゲートに電圧が印可された際にバッテリに回生電力を供給する第１トランジスタと、バッテリの現在の電圧よりもバッテリの充電上限電圧が大きい場合に第１トランジスタのゲートに電圧を印加する第１コンパレータと、を有する第１回路と、ブレーキレジスタ及びＰＴＯ（Power Take Off）の少なくともいずれか一方と、ゲートに電圧が印可された際にブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方に回生電力を供給する第２トランジスタと、バッテリの現在の電圧よりもバッテリの充電上限電圧が小さい場合に第２トランジスタのゲートに電圧を印加する第２コンパレータと、を有する第２回路と、を備える。

本発明の一態様に係る電気自動車では、バッテリの現在の電圧よりもバッテリの充電上限電圧が大きい場合には、第１トランジスタのゲートに電圧が印可され、バッテリに回生電力が供給される。また、バッテリの現在の電圧よりもバッテリの充電上限電圧が小さい場合には、第２トランジスタのゲートに電圧が印可され、ブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方に回生電力が供給される。このように、コンパレータ（半導体）においてバッテリの現在の電圧とバッテリの充電上限電圧とが比較されて、過充電とならない場合にはバッテリに回生電力を供給するトランジスタのゲートに電圧が印可され、過充電となる場合にはブレーキレジスタ等に回生電力を供給するトランジスタのゲートに電圧が印可されることにより、ＥＣＵ等の制御によらずに、トランジスタを含む回路構成によって自動的に、回生電力を適切に分配することができる。

第２回路は、ブレーキレジスタ及びＰＴＯの双方を有し、第２トランジスタとブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方との間に、可変抵抗を更に有していてもよい。このように可変抵抗が設けられることによって、可変抵抗の抵抗値を調整することにより、回生電力をブレーキレジスタ及びＰＴＯに所望の比率で分配することができる。すなわち、回生電力をより多くの構成に適切に分配することができる。

第２回路は、冷却装置と、ゲートに電圧が印可された際に冷却装置に回生電力を供給する第３トランジスタと、を更に有し、第２コンパレータは、バッテリの現在の電圧よりもバッテリの充電上限電圧が小さい場合に第２トランジスタのゲート及び第３トランジスタのゲートに電圧を印加してもよい。このように、第２コンパレータからの電圧が、第２トランジスタのゲートだけでなく、冷却装置に回生電力を供給する第３トランジスタのゲートにも共に印可されることにより（すなわち、ゲート電圧が共有されることにより）、冷却装置の徐熱能力をブレーキレジスタ等に連動させることができる。

本発明の一態様によれば、回生電力の分配を自動的に実施することができる。

本実施形態に係る電気自動車の基本構成を示した図である。回路図の一例を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付すこととし、同一又は相当の部分に対する重複した説明は省略する。

本実施形態に係る車両は、走行用の駆動力を出力するモータを備える電気自動車である。図１は、本実施形態に係る電気自動車１の基本構成を示した図である。なお、図１においては、電気自動車１の基本構成の一部（駆動輪、デファレンシャル装置、ギヤ機構等）が省略されている。電気自動車１は、例えば荷物を輸送する商用車である。

図１に示されるように、電気自動車１は、バッテリ１１と、駆動モータインバータ１２と、駆動モータ１３と、燃料電池１４と、ＥＣＵ１５と、を備えている。

バッテリ１１は、駆動モータ１３を駆動する電力を供給する駆動エネルギー源である。バッテリ１１は、ＥＣＵ１５へ温度や出力制限値を含むバッテリ１１の状態を通知してもよい。

駆動モータインバータ１２は、例えばＩＧＢＴ及びダイオードを有する三相ブリッジ回路であり、ＥＣＵ１５からの制御信号に応じてＩＧＢＴのオン／オフ状態を切り替え、力行制御又は回生制御を行う。

駆動モータ１３は、走行用の駆動力を出力する。駆動モータ１３は、例えば交流同期型であり、電動機として機能すると共に発電機として機能する。駆動モータ１３は、永久磁石からなるロータと、３相巻線が巻回されたステータと、を有する。ロータには、ギヤ機構（不図示）及びデファレンシャル装置（不図示）を介して駆動輪（不図示）が連結されている。

燃料電池１４は、ＥＣＵ１５からの制御信号に応じて駆動モータ１３を駆動する電力を供給する。電気自動車１は、燃料電池１４を備えていなくてもよい。なお、電気自動車１は、駆動モータ１３を駆動する電力を供給する電力供給部として、エンジン及び発電機を含んでいてもよい。

ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、バックアップＲＡＭと、入出力インターフェースと、通信インターフェースとを含んでいる。ＥＣＵ１５は、各構成を制御する制御部である。

電気自動車１では、駆動モータ１３からの回生電力が、駆動モータインバータ１２を介してバッテリ１１に供給可能とされている。ここで、バッテリ１１の電圧が、充電可能電圧よりも高い場合に回生電力がバッテリ１１に供給されると、過充電によりバッテリ１１が破損するおそれがある。そのため、本実施形態に係る電気自動車１では、バッテリ１１の電圧の状況に応じて、回生電力の分配先を変更している。具体的には、電気自動車１では、バッテリ１１の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が大きい場合には、バッテリ１１に回生電力が供給される。一方で、バッテリ１１の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が小さい場合には、バッテリ１１以外の構成（ブレーキレジスタ等）に回生電力が供給される。電気自動車１は、このような回生電力の分配を、ＥＣＵ１５等の制御によらずに、トランジスタを含む回路構成により実現している。以下、図２を参照して、電気自動車１の回路構成について説明する。

図２は、電気自動車１の回路図（回生電力の分配に係る構成の回路図）の一例を示す図である。図２に示されるように、本実施形態に係る電気自動車１は、回生電力の分配に係る回路として、バッテリ１１を含むバッテリ回路１００（第１回路）と、ブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ（Power Take Off）２２を含むＢＲ回路２００（第２回路）と、を備えている。

バッテリ回路１００は、バッテリ１１と、トランジスタ５１（第１トランジスタ）と、温調器１９と、トランジスタ５２と、コンパレータ６１（第１コンパレータ）と、を有している。

コンパレータ６１は、オペアンプにより構成されている。コンパレータ６１は、２つの入力電圧を比較して出力を切り替える。コンパレータ６１は、非反転入力端子（＋端子）の電圧の方が大きければ出力電圧をＨｉ、反転入力端子（－端子）の電圧の方が大きければ出力電圧をＬｏとする。いま、コンパレータ６１では、＋端子が接地電圧とされ、－端子がバッテリ電圧Ｖ－電圧オフセットＶ_０の電圧とされている。ここでのバッテリ電圧Ｖとは、バッテリ１１の現在の電圧である。また、電圧オフセットＶ_０とは、バッテリ１１の充電上限電圧である。コンパレータ６１は、－端子の電圧（バッテリ電圧Ｖ－電圧オフセットＶ_０）よりも＋端子の電圧（接地電圧）が大きい場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖ＜電圧オフセットＶ_０（バッテリ１１の充電上限電圧）が成り立つ場合に、出力電圧をＨｉとし、トランジスタ５１，５２のゲートに電圧を印加する。

トランジスタ５１は、ゲートに電圧が印可された際にバッテリ１１に回生電力を供給する。トランジスタ５１のゲートは、コンパレータ６１の出力端子に接続されている。トランジスタ５１のゲートにコンパレータ６１から電圧が印可されると、トランジスタ５１のドレインからソースに向かって、回生電力が供給される。この場合、トランジスタ５１のソースに接続されたバッテリ１１に回生電力が供給される。なお、回生電力が供給される際のバッテリ１１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば５％～９５％である。

トランジスタ５２は、トランジスタ５１と並列に設けられている。トランジスタ５２は、ゲートに電圧が印可された際に温調器１９に回生電力を供給する。トランジスタ５２のゲートは、コンパレータ６１の出力端子に接続されている。トランジスタ５２のゲートにコンパレータ６１から電圧が印可されると、トランジスタ５２のドレインからソースに向かって、回生電力が供給される。この場合、トランジスタ５２のソースに接続された温調器１９に回生電力が供給される。なお、回生電力が供給される際のバッテリ１１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば５％～９５％である。

ＢＲ回路２００は、ブレーキレジスタ２１と、ＰＴＯ２２と、可変抵抗７０と、トランジスタ５３（第２トランジスタ）と、冷却装置２３と、トランジスタ５４（第３トランジスタ）と、コンパレータ６２（第２コンパレータ）と、を有している。

コンパレータ６２は、オペアンプにより構成されている。コンパレータ６２は、２つの入力電圧を比較して出力を切り替える。コンパレータ６２は、非反転入力端子（＋端子）の電圧の方が大きければ出力電圧をＨｉ、反転入力端子（－端子）の電圧の方が大きければ出力電圧をＬｏとする。いま、コンパレータ６２では、＋端子がバッテリ電圧Ｖ－電圧オフセットＶ_０の電圧とされ、－端子が接地電圧とされている。コンパレータ６１は、－端子の電圧（接地電圧）よりも＋端子の電圧（バッテリ電圧Ｖ－電圧オフセットＶ_０）が大きい場合、すなわち、電圧オフセットＶ_０（バッテリ１１の充電上限電圧）＜バッテリ電圧Ｖが成り立つ場合に、出力電圧をＨｉとし、トランジスタ５３，５４のゲートに電圧を印加する。

ブレーキレジスタ２１は、ＰＴＯ２２と並列に設けられている。可変抵抗７０は、トランジスタ５３とブレーキレジスタ２１との間に設けられている。このような構成によれば、可変抵抗７０の抵抗値が調整されることによって、ブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２に対する回生電力の分配比率を調整することができる。

トランジスタ５３は、ゲートに電圧が印可された際にブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２に回生電力を供給する。なお、ブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２における回生電力の分配比率は、上述したように可変抵抗７０の抵抗値によって調整される。トランジスタ５３のゲートは、コンパレータ６２の出力端子に接続されている。トランジスタ５３のゲートにコンパレータ６２から電圧が印可されると、トランジスタ５３のドレインからソースに向かって、回生電力が供給される。この場合、トランジスタ５３のソースに接続されたブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２に回生電力が供給される。なお、回生電力が供給される際のバッテリ１１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば９５％～１００％である。

トランジスタ５４は、トランジスタ５３と並列に設けられている。トランジスタ５４は、ゲートに電圧が印可された際に冷却装置２３に回生電力を供給する。トランジスタ５４のゲートは、コンパレータ６２の出力端子に接続されている。トランジスタ５４のゲートにコンパレータ６２から電圧が印可されると、トランジスタ５４のドレインからソースに向かって、回生電力が供給される。この場合、トランジスタ５４のソースに接続された冷却装置２３に回生電力が供給される。なお、回生電力が供給される際のバッテリ１１の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば９５％～１００％である。

次に、本実施形態に係る電気自動車１の作用効果について説明する。

本実施形態に係る電気自動車１は、バッテリ１１と、ゲートに電圧が印可された際にバッテリ１１に回生電力を供給するトランジスタ５１と、バッテリ１１の現在の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が大きい場合にトランジスタ５１のゲートに電圧を印加するコンパレータ６１と、を有するバッテリ回路１００と、ブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ（Power Take Off）２２と、ゲートに電圧が印可された際にブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方に回生電力を供給するトランジスタ５３と、バッテリ１１の現在の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が小さい場合にトランジスタ５３のゲートに電圧を印加するコンパレータ６２と、を有するＢＲ回路２００と、を備える。

本実施形態に係る電気自動車１では、バッテリ１１の現在の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が大きい場合には、トランジスタ５１のゲートに電圧が印可され、バッテリ１１に回生電力が供給される。また、バッテリ１１の現在の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が小さい場合には、トランジスタ５３のゲートに電圧が印可され、ブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２の少なくともいずれか一方に回生電力が供給される。このように、コンパレータ６１，６２（半導体）においてバッテリ１１の現在の電圧とバッテリ１１の充電上限電圧とが比較されて、過充電とならない場合にはバッテリ１１に回生電力を供給するトランジスタ５１のゲートに電圧が印可され、過充電となる場合にはブレーキレジスタ２１等に回生電力を供給するトランジスタ５３のゲートに電圧が印可されることにより、ＥＣＵ等の制御によらずに、トランジスタを含む回路構成によって自動的に、回生電力を適切に分配することができる。

ＢＲ回路２００は、トランジスタ５３とブレーキレジスタ２１との間に、可変抵抗７０を更に有していてもよい。このように可変抵抗７０が設けられることによって、可変抵抗７０の抵抗値を調整することにより、回生電力をブレーキレジスタ２１及びＰＴＯ２２に所望の比率で分配することができる。すなわち、回生電力をより多くの構成に適切に分配することができる。

ＢＲ回路２００は、冷却装置２３と、ゲートに電圧が印可された際に冷却装置２３に回生電力を供給するトランジスタ５４と、を更に有し、コンパレータ６２は、バッテリ１１の現在の電圧よりもバッテリ１１の充電上限電圧が小さい場合にトランジスタ５３のゲート及びトランジスタ５４のゲートに電圧を印加してもよい。このように、コンパレータ６２からの電圧が、トランジスタ５３のゲートだけでなく、冷却装置２３に回生電力を供給するトランジスタ５４のゲートにも共に印可されることにより（すなわち、ゲート電圧が共有されることにより）、冷却装置２３の徐熱能力をブレーキレジスタ２１等に連動させることができる。

以上、本発明の一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ない。例えば、バッテリ回路１００は、回生電力の分配先としてバッテリ１１と温調器１９とを有しているとして説明したがこれに限定されず、例えばバッテリ１１のみであってもよい。また、ＢＲ回路２００における可変抵抗７０がトランジスタ５３とブレーキレジスタ２１との間に設けられているとして説明したがこれに限定されず、可変抵抗７０がトランジスタ５３とＰＴＯ２２との間に設けられていてもよい。また、ＢＲ回路２００は、回生電力の分配先としてブレーキレジスタ２１と、ＰＴＯ２２と、冷却装置２３とを有しているとして説明したがこれに限定されず、例えばいずれか一つの構成のみであってもよい。

１…電気自動車、１１…バッテリ、２１…ブレーキレジスタ、２２…ＰＴＯ、２３…冷却装置、５１…トランジスタ（第１トランジスタ）、５３…トランジスタ（第２トランジスタ）、５４…トランジスタ（第３トランジスタ）、６１…コンパレータ（第１コンパレータ）、６２…コンパレータ（第２コンパレータ）、７０…可変抵抗、１００…バッテリ回路（第１回路）、２００…ＢＲ回路（第２回路）。

Claims

バッテリと、ゲートに電圧が印可された際に前記バッテリに回生電力を供給する第１トランジスタと、前記バッテリの現在の電圧よりも前記バッテリの充電上限電圧が大きい場合に前記第１トランジスタのゲートに電圧を印加する第１コンパレータと、を有する第１回路と、
ブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方と、ゲートに電圧が印可された際に前記ブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方に回生電力を供給する第２トランジスタと、前記バッテリの現在の電圧よりも前記バッテリの充電上限電圧が小さい場合に前記第２トランジスタのゲートに電圧を印加する第２コンパレータと、を有する第２回路と、を備え、
前記第２回路は、
前記ブレーキレジスタ及び前記ＰＴＯの双方を有し、
前記第２トランジスタと前記ブレーキレジスタ及びＰＴＯの少なくともいずれか一方との間に、可変抵抗を更に有する、電気自動車。
前記第２回路は、
冷却装置と、ゲートに電圧が印可された際に前記冷却装置に回生電力を供給する第３トランジスタと、を更に有し、
前記第２コンパレータは、
前記バッテリの現在の電圧よりも前記バッテリの充電上限電圧が小さい場合に前記第２トランジスタのゲート及び前記第３トランジスタのゲートに電圧を印加する、請求項１記載の電気自動車。