(57)【要約】【課題】電動車両において、二次電池の過充電を抑制すると共に、プレ空調を行った場合の走行距離の低下を抑制する。【解決手段】外部電源によって充電可能な電動車両において、充電器からの出力によって各二次電池を所定の残存容量まで充電した後、充電器からの出力電力と少なくとも１つの二次電池からの該出力電力よりも小さい微小な放電電力とによって空調装置駆動してプレ空調を行い、プレ空調の停止後、充電器からの出力によって放電電力を出力した各二次電池を追加充電する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源によって充電可能な少なくとも１つの二次電池と、
各二次電池に接続され、外部電源から入力される外部電力を各二次電池の充電電力に変換して出力する充電器と、
充電器と少なくとも１つの二次電池とに接続される空調装置と、
充電器の出力電力の増減と、空調装置の空調能力の増減とを行う制御部と、を備える電動車両であって、
制御部は、
充電器からの出力によって各二次電池を所定の残存容量まで充電する充電手段と、
充電手段によって各二次電池を充電した後、充電器からの出力電力と少なくとも１つの二次電池からの該出力電力よりも小さい放電電力とによって空調装置駆動するプレ空調手段と、
空調装置を停止させた後、充電器からの出力によって放電電力を出力した各二次電池を充電する追加充電手段と、
を有することを特徴とする電動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両であって、
二次電池は複数であり、
空調装置は1つの二次電池と接続され、
制御部のプレ空調手段は、充電器からの出力電力と空調装置と接続されている1つの二次電池からの該出力電力よりも小さい放電電力と、によって空調装置駆動し、
追加充電手段は、該１つの二次電池を追加充電すること、
を特徴とする電動車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動車両であって、
追加充電手段は、追加充電される二次電池が所定の残存容量となるまで充電すること、
を特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に搭載される二次電池の充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、充放電可能な二次電池からの電力供給を受けて走行用モータを駆動する電気自動車が多く用いられている。このような電気自動車では、車室内の空調を行う空調装置は電動式であり、走行用モータに電力を供給する二次電池と同じ二次電池から駆動電力が供給されている。このため、走行中に空調装置を多用すると自動車の走行距離が短くなってしまうという問題があった。そこで、電気自動車の運転停止中に行われる二次電池の充電中に充電器の余剰出力によって空調装置を作動させて車室内を予め冷暖房するプレ空調が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようにプレ空調によって走行開始前に車室内の温度を調整しておけば、走行開始後に空調装置で消費する電力が低減され、電気自動車の走行距離が長く出来る上、運転者は車室空間が快適な状態になってから搭乗することができる。
【０００３】
一方、一般家庭の電力によって電気自動車の二次電池の充電を行うことが検討されている。しかし、一般家庭の電力線に接続できる充電器の容量が制限されていることから、充電中にプレ空調を行うと、二次電池の充電のための電力が不足し、十分に二次電池を充電できない場合があった。このため、二次電池の充電中にプレ空調を行う際には、二次電池の充電を優先させ、充電器の最大出力が二次電池の充電に必要な電力以上の場合にプレ空調を動作させ、二次電池の充電が不足することを抑制する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、プレ空調は、乗員が搭乗する直前に行った方が効率がよいことから、電気自動車と充電プラグの接続が外されたらプレ空調装置を始動させる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
また、充電器は内部にインバータやＤＣコンバータなどのスイッチング素子を用いた装置を内蔵しているが、この様な装置は、稼動していない状態であっても電源に接続されている場合には待機電力が流れている場合が多い。このため二次電池の充電が終了した後にも充電器が電源に接続された状態では、二次電池の電力が充電器の内蔵装置の待機電力として放電される場合があり、走行開始の際の二次電池の残存容量が低下してしまう場合があった。しかし、電動車両と外部電力を接続するプラグは乗員或いは作業者が取り外さない場合は接続されたままであり、例えば、夜間に充電を行う場合には、二次電池の充電が完了した後も、朝までプラグが接続されたままとなり、二次電池充電完了後、乗員または作業員がプラグを取り外す朝までの間に二次電池から充電器の待機電力が放電され、二次電池の残存容量が低下してしまう場合があった。このため、プラグが接続されていても二次電池を充電していない場合には、電気自動車に搭載したリレーによってプラグと充電器との接続を遮断し、二次電池からの放電が発生しないようにする方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―６３３４７号公報
【特許文献２】特開平８−６５８１４号公報
【特許文献３】特開２００７―２４５９９９号公報
【特許文献４】特開２００９―１７６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
先にも述べたように、一般家庭の電力線に接続できる充電器の容量が制限されていることから、一般家庭の電力によって電動車両の充電を行う場合には、充電器の出力が不十分となる場合が多い。このため、特許文献１に記載された従来技術では、充電中にはほとんど余剰電力が生ぜず、実質的には充電終了後にプレ空調を始動する場合が多い。また、特許文献２に記載された従来技術でも同様に二次電池の充電を優先させるので、実質的には、二次電池の充電が終了した後に充電器からの出力でプレ空調を行う場合が多い。一方、特許文献１，２に記載されたような充電器の出力が空調装置と二次電池とに並列に供給可能な系統の場合、充電池の出力によって空調装置を駆動する場合に、二次電池に充電電流が流れてしまう場合がある。特に、二次電池の電圧を測定する電圧センサの誤差により、充電器から供給される電圧が二次電池の電圧よりも高い場合には、プレ空調で空調装置を駆動する際に二次電池を充電してしまう場合がある。二次電池は、プレ空調を開始する前に所定の容量まで充電されているので、プレ空調開始の後に再度充電されると二次電池が過充電となって寿命が短くなってしまう場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、電動車両において、二次電池の過充電を抑制すると共に、プレ空調を行った場合の走行距離の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電動車両は、外部電源によって充電可能な少なくとも１つの二次電池と、各二次電池に接続され、外部電源から入力される外部電力を各二次電池の充電電力に変換して出力する充電器と、充電器と少なくとも１つの二次電池とに接続される空調装置と、充電器の出力電力の増減と、空調装置の空調能力の増減とを行う制御部と、を備える電動車両であって、制御部は、充電器からの出力によって各二次電池を所定の残存容量まで充電する充電手段と、充電手段によって各二次電池を充電した後、充電器からの出力電力と少なくとも１つの二次電池からの該出力電力よりも小さい放電電力とによって空調装置駆動するプレ空調手段と、空調装置を停止させた後、充電器からの出力によって放電電力を出力した各二次電池を充電する追加充電手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の電動車両において、二次電池は複数であり、空調装置は1つの二次電池と接続され、制御部のプレ空調手段は、充電器からの出力電力と空調装置と接続されている1つの二次電池からの該出力電力よりも小さい放電電力と、によって空調装置駆動し、追加充電手段は、該１つの二次電池を追加充電すること、としても好適である。また、追加充電手段は、追加充電される二次電池が所定の残存容量となるまで充電すること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、電動車両において、二次電池の過充電を抑制すると共に、プレ空調を行った場合の走行距離の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態における電動車両の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の電動車両に搭載される電池の充電動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の電動車両に搭載されているマスタ電池の残存容量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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に示すように、本実施形態の電動車両１００は、充放電可能な二次電池であるマスタ電池１１，第１スレーブ電池１２，第２スレーブ電池１３と、家庭の電源に接続可能な充電プラグ１９が接続されている充電器１４と、車室内の空調を行う空調装置１５と、車室の温度を検出する温度センサ３１と、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、インバータ２３を備えている。各電池１１，１２，１３は、例えば、リチウムイオン電池、鉛蓄電池などの電池である。各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２は、それぞれ複数のスイッチング素子を含み、基準電路が各電池１１，１２，１３のマイナス側とインバータ２３のマイナス側とに共通に接続され、高圧電路がインバータ２３のプラス側に接続され、低圧電路が各電池１１，１２，１３のプラス側に接続された非絶縁型の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。
【００１３】
図１に示すように、マスタ電池１１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１にマスタリレー１６を介して接続され、第１スレーブ電池１２と第２スレーブ電池１３とはそれぞれ第１スレーブリレー１７、第２スレーブリレー１８を介して第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２とはそれぞれインバータ２３に接続されている。また、マスタリレー１６と第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１との接続線には、空調装置１５が接続されている。また、第２スレーブリレー１８と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間の接続線には、充電器１４が接続されている。充電器１４は、家庭の電源から入力された交流電力を各電池１１，１２，１３を充電するための直流電力に変換して出力するものである。
【００１４】
インバータ２３には車両駆動用の第１、第２モータジェネレータ２４，２５がそれぞれ接続されている。第１、第２モータジェネレータ２４，２５の各出力軸は動力伝達機構２６に接続され、動力伝達機構２６の出力軸はディファレンシャルギヤ２７に接続され、各モータジェネータ２４，２５の動力はディファレンシャルギヤ２７を介して車軸２８に伝達され、車輪２９を駆動する。また、車室内には車室の温度を検出する温度センサ３１が取り付けられている。
【００１５】
マスタ電池１１と、第１スレーブ電池１２と、第２スレーブ電池１３と、充電器１４と、空調装置１５と、マスタリレー１６と、第１スレーブリレー１７と、第２スレーブリレー１８と、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、インバータ２３とはそれぞれ制御部５０に接続され、制御部５０の指令によって動作するよう構成されている。なお、図１において、一点鎖線は信号線を示す。また、温度センサ３１も制御部５０に接続され、その信号が制御部５０に入力されるよう構成されている。
【００１６】
制御部５０は、内部に信号処理を行うＣＰＵと制御用プログラムや制御用データなどを格納するメモリとを含むコンピュータである。
【００１７】
以上のように構成された電動車両１００に搭載されている各電池１１，１２，１３の充電動作について説明する。電動車両１００が停止したら、制御部５０は、充電器１４から電源接続信号を取得し、充電プラグ１９が家庭用の電源に接続されたかどうかかを監視する。そして、制御部５０は、図２のステップＳ１０１に示すように、充電プラグ１９が電源に接続された信号を取得したら、図２のステップＳ１０２に示すように、マスタ電池１１、第１スレーブ電池１２、第２スレーブ電池１３の充電を開始する。まず、制御部５０は、マスタリレー１６、第１スレーブリレー１７、第２スレーブリレー１８を閉とする。そして、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２のスイッチング素子を動作させ、各電池１１，１２，１３のプラス側に接続されている低圧電路とインバータ２３に接続されている高圧電路とを接続状態とする。各電池１１，１２，１３のマイナス側とインバータ２３のマイナス側とは共通の基準電路に接続されているので、この動作によって、各電池１１，１２，１３のプラス側、マイナス側は共に各ＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２を介してインバータ２３のプラス側、マイナス側の各入力端に接続される。このため、第１スレーブ電池１２と、第２スレーブ電池１３とは第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入力端子を介して並列に接続され、マスタ電池１１は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介してインバータ２３の入力端子に接続され、インバータ２３の入力端子から第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２内部の各電路を介して第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２の入力端子に接続される。一方、充電器１４は第２スレーブリレー１８と第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間の接続線に接続されていることから、充電器１４は、第２のスレーブ電池１３、第１のスレーブ電池１２、マスタ電池１１とそれぞれ並列に接続されることとなる。このように、充電器１４と各電池１１，１２，１３が接続されたら、制御部５０は、充電器１４の出力電圧を上昇させ、図３に示す時間ｔ1に各電池１１，１２，１３の充電を開始する。すると図３に示すように、各電池１１，１２，１３の各残存容量（ＳＯＣ）は電動車両１００の停止の際の初期残存容量ＳＯＣ0から上昇し始める。
【００１８】
制御部５０は、図２のステップＳ１０３に示すように、各電池１１，１２，１３の電圧、温度などの状態量を取得し、各電池の残存容量（ＳＯＣ）を計算する。そして、各電池の残存容量（ＳＯＣ）が所定の残存容量ＳＯＣ1に到達したかどうかを監視する。所定の残存容量ＳＯＣ1は、各電池１１，１２，１３の劣化が発生しないような最大容量で、例えば、８０％程度としてもよいし、電池の特性によってはそれ以上にしてもよい。そして、図３の時間ｔ2に各電池１１，１２，１３の残存容量が所定の残存容量ＳＯＣ1に達したら、制御部５０は、各電池１１，１２，１３の充電を停止する。充電の際に各電池１１，１２，１３の所定の残存容量ＳＯＣ1に達するタイミングにズレがある場合には、所定の残存容量ＳＯＣ1に達した電池に接続されているリレーを開放してその電池を切り離し、他の電池のみを充電するようにして順次各電池１１，１２，１３を所定の残存容量ＳＯＣ1に充電する様にしてもよい。各電池１１，１２，１３が所定の残存容量ＳＯＣ1に達したら、制御部５０は図２のステップＳ１０４に示すように各リレー１６，１７，１８を開として各電池１１，１２，１３を充電器１４から切り離して各電池１１，１２，１３の充電を停止する。
【００１９】
制御部５０は、図２のステップＳ１０５に示すように、予め決められたプレ空調開始時刻になったかどうかを確認し、プレ空調開始時刻になっていない場合はプレ充電開始時刻になるまで待機する。図３の時間ｔ3に示すように、プレ空調開始時刻になると、制御部５０は、図２のステップＳ１０６に示すように空調装置１５を始動してプレ空調を開始する。制御部５０は、温度センサ３１によって取得した車室温度と車室の目標温度と、充電器１４の出力可能電力とから、空調装置の空調能力を調整する。具体的には、コンプレッサやファンなどの回転数、圧縮比等を調整し、冷房または暖房能力を調整する。また、制御部５０は、空調装置１５に必要な電力を計算し、充電器１４の出力を空調装置１５の必要電力よりも僅かに少ない電力とする指令を出力する。この指令によって、充電器１４は空調装置１５の必要電力よりも僅かに少ない電力を出力する。また、制御部５０は、マスタリレー１６を閉とする指令を出力し、空調装置１５とマスタ電池１１とを接続する。
【００２０】
空調装置１５には必要電力より僅かに少ない充電器１４からの出力電力が流れ込むと共に、充電器１４からの出力電力と空調装置１５の必要電力の差分だけマスタ電池１１が放電し、この放電電力が空調装置１５に流れこむ。マスタ電池１１の放電電力は、充電器１４の出力電力よりも小さい。そして、空調装置１５は、充電器１４の出力電力とマスタ電池１１の放電電力によって駆動される。マスタ電池１１は、空調装置１５が充電器１４の出力によって駆動されている場合には、僅かながら電力を放電するので、空調装置１５の運転中に充電器１４の出力によって充電されることがない。逆に、マスタ電池１１の残存容量は図３に示すように、プレ空調が始まった時間ｔ3から低下し始める。
【００２１】
制御部５０は、図２のステップＳ１０７に示すように、温度センサ３１によって車室の温度を検出し、その温度が目標温度に到達しているかどうかを判断する。そして目標温度に到達するまで空調装置１５の運転を行いプレ空調を継続する。そして、車室温度が目標温度に達したら、図２のステップＳ１０８に示すように図３に示す時間ｔ4に空調装置１５を停止してプレ空調を停止する。プレ空調を停止した図３に示す時間ｔ4には、マスタ電池１１の残存容量は所定の残存容量よりも少ないＳＯＣ2となっている。プレ空調の際にマスタ電池１１から放電される電力は僅かであることから、ＳＯＣ2は所定の残存容量ＳＯＣ1に近い容量となっている。
【００２２】
制御部５０は、図２のステップＳ１０９に示すように、マスタ電池１１の追加充電を開始する。制御部５０は、空調装置１５を停止させた後、充電器１４の出力電圧をマスタ電池１１の電圧よりも高くし、マスタ電池１１の充電に必要な電力を出力とする。これによって、マスタ電池１１は図３に示す時間ｔ4から追加充電される。充電が開始されると、マスタ電池１１の残存容量はＳＯＣ2から上昇を始める。制御部５０は、図２のステップＳ１１０に示すように、マスタ電池１１から電圧、温度などの状態量を取得してマスタ電池１１の残存容量を計算し、所定の残存容量ＳＯＣ1に到達しているかどうかを監視する。そして、図３に示す時間ｔ5にマスタ電池１１の残存容量が所定の残存容量ＳＯＣ1に達すると、制御部５０は、図２のステップＳ１１１に示すように、追加充電を停止し、マスタリレー１６を開としてマスタ電池１１を充電器１４から切り離す。
【００２３】
その後、図３に示す時間ｔ6に電動車両１００が始動されると、制御部５０は、各リレー１６，１７，１８を閉として各電池１１，１２，１３と第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２１，２２を接続し、各電池１１，１２，１３の出力をインバータ２３で各モータジェネレータ２４，２５の駆動用電力に変換して各モータジェネレータ２４，２５に供給し、電動車両１００を走行させる。電動車両１００が走行を開始すると、各電池１１，１２，１３の残存容量は低下してくる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の電動車両１００は、プレ空調の際にマスタ電池１１から僅かな電力が放電されることからマスタ電池１１が所定の残存容量ＳＯＣ1を超えて充電されることがなく、過充電によりマスタ電池１１が劣化することを抑制できる。また、プレ空調の後、電動車両１００の始動前に追加充電を行って放電によって低下した残存容量を所定の残存容量ＳＯＣ1に回復することにより、電動車両１００の走行距離の低下を抑制することができる。さらに、プレ空調の際にマスタ電池１１から放電される電力は僅かであり、プレ空調によるマスタ電池１１の残存容量の低下は少ないため、所定の残存容量ＳＯＣ1までの追加充電の時間が短く出来、プレ空調の停止から電動車両１００の始動までの短い時間でマスタ電池１１の残存容量を所定の残存容量ＳＯＣ1まで上昇させることが出来る。
【００２５】
以上説明した実施形態では、マスタ電池１１だけが空調装置１５と接続されることとして説明したが、マスタ電池１１ではなく他の１つの電池に接続されるようにしてもよいし、複数の電池が空調装置１５に接続されるようにしてもよい。また、電池は複数ではなく、１つとしてもよい。本実施形態では、プレ空調の後の追加充電では、マスタ電池１１を所定の残存容量ＳＯＣ1まで充電することとして説明したが、マスタ電池１１の残存容量が所定の残存容量ＳＯＣ1に達する前に電動車両１００が始動された場合には、制御部５０は、マスタ電池１１の追加充電を停止して、電動車両１００を始動することとしてもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１１  マスタ電池、１２  第１スレーブ電池、１３  第２スレーブ電池、１４  充電器、１５  空調装置、１６  マスタリレー、１７  第１スレーブリレー、１８  第２スレーブリレー、１９  充電プラグ、２１  第１のＤＣ／ＤＣコンバータ、２２  第２のＤＣ／ＤＣコンバータ、２３  インバータ、２４  第１モータジェネレータ、２５  第２モータジェネータ、２６  動力伝達機構、２７  ディファレンシャルギヤ、２８      車軸、２９  車輪、３１  温度センサ、５０  制御部、１００  電動車両。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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