(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動モータ及び走行動力発生用の走行モータに給電する高圧で駆動される主バッテリ、低圧で駆動される補機に給電する補機バッテリとを備えるハイブリッド自動車において、
前記補機バッテリから前記主バッテリへの送電を実現する均等充電電力送電手段と、前記主バッテリの均等充電が必要であると判断し、かつ、前記補機バッテリの容量が前記主バッテリの均等充電に十分であると判断した場合に、前記均等充電電力送電手段を制御してエンジンの停止中に前記前記補機バッテリの蓄電電力により前記主バッテリの均等充電を行う均等充電制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１記載のハイブリッド自動車において、
前記均等充電制御手段は、前記主バッテリの均等充電が必要であると判断したら前記主バッテリの満充電レベルまで前記エンジンの運転中に前記主バッテリを充電することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項１又は２記載のハイブリッド自動車において、
前記均等充電制御手段は、前記主バッテリの均等充電が必要であると判断したら前記主バッテリの均等充電に対して十分なレベルまで前記エンジンの運転中に前記補機バッテリを充電することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項４】
請求項１記載のハイブリッド自動車において、
前記主バッテリのエンジン始動電力不足を検出する蓄電電力不足検出手段と、
前記蓄電電力不足の検出時に前記補機バッテリから前記主バッテリへ前記エンジン始動電力を送電する補充電力送電手段を備え、前記補充電力送電手段は前記均等充電電力送電手段を兼用することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項５】
請求項１記載のハイブリッド自動車において、
前記補機バッテリの蓄電電力不足を検出する蓄電電力不足検出手段と、
前記蓄電電力不足の検出時に前記主バッテリから前記補機バッテリへ送電する補充電力送電手段を備え、前記補充電力送電手段は前記均等充電電力送電手段を兼用することを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項６】
請求項４又は５記載のハイブリッド自動車において、
前記補充電力送電手段は、前記両バッテリ間の双方向の送電を行うことを特徴とするハイブリッド自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド電気自動車の充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題の観点から電気自動車の改良と実用化が強く要求されている。現在、検討されている電気自動車としては、電池のみで走行する純電気自動車と、内燃機関との併用を行うハイブリッド自動車との両方が研究されている。
ハイブリッド自動車は、純電気自動車に比較して、毎日のように固定充電装置に電線を接続して電池充電を行い、その完了後、それを取り外すという面倒な作業が不必要であり、固定充電装置設置に要するコスト及びスペ−スも節約でき、簡便性、燃費経済性及び環境保護性に優れる。
【０００３】
特開昭６２ー１７３９０１号公報は、電気自動車の走行モ−タ−給電用の主バッテリから補機給電用のＤＣ／ＤＣコンバ−タ（以下、ＤＣ／ＤＣコンバ−タともいう）を介して補機駆動専用の補機バッテリに給電することを提案している。
電気自動車の一例として、走行モ−タ及び各種補機の両方へ一電池で給電する一電池形式のものと、走行モ−タ駆動用の主バッテリと補機給電用の補機バッテリとを分離する二電池形式のものとが提案されている。
【０００４】
電池技術において、均等充電により各セル（単電池）すべてを定期的に完全な満充電レベルまで充電することがその性能劣化の抑止及び寿命向上に有効であることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した各種電気自動車では、重要な構成要素をなす大容量電池の特性劣化の抑止及び寿命延長が望まれる。
均等充電の採用により電池性能の回復及び寿命延長を期待できるが、そのためには均等充電装置を用いて商用交流電力を整流して所定の均等充電モ−ドで電気自動車の電池に給電せねばならず、その設置費用及び設置スペ−スの増加を負担せねばならないという不具合、更には均等充電のたびに均等充電装置と電気自動車の電池の充電端子とを接続したり、取外したりするという煩雑な作業が必要となった。
【０００６】
特に、ハイブリッド自動車の電池は搭載する内燃機関駆動の発電機により充電されるので商用電源からの充電を行う外部充電装置は設置されていない。したがって、単に均等充電だけのために外部充電装置や接続ケーブルを設置することはコスト、スペースの負担が大きい。また、ハイブリッド自動車では充電のために車両と外部充電装置とを接続したりそれをとり外したりする作業が不要であるので、単に均等充電だけのためにそのような煩雑な作業を行うことは運転者にとって大きな不快感を与え、ハイブリッド車の利便性を著しく損なう。特に、均等充電は長時間を要するので、急に車両の運転が必要となる場合などにおいては、均等充電を中止して外部電源との接続を外したり、その後、再び接続したりせねばならないので、一層の不快感が生じてしまう。
【０００７】
もちろん、各人が外部充電装置をもつ代わりに、ハイブリッド自動車をサービスステーションに持っていって均等充電してもらうことも可能であるが、サービスステーションまでの往復及びそこでの長時間の均等充電中の待機が一層の苦痛となってしまい、更に各サービスステーションに均等充電装置を多数設けるのも費用などの点で無視できないコストを生じる。
【０００８】
更に、外部充電装置を用いずに、搭載エンジンの駆動により発電機を駆動して主バッテリを均等充電することも考えられるが、長時間の連続充電を必要とする均等充電中ずっとエンジンを運転することは、現実的でなく、非経済的であった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、簡便で簡素であるというハイブリッド自動車特有の特徴を損なうことなく、その電池の性能の向上及び寿命延長を実現したハイブリッド自動車を提供することを、その解決すべき課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のハイブリッド電気自動車の充電装置によれば、走行モ−タ駆動用の主バッテリと補機駆動用の補機バッテリを搭載する二電池形式が採用され、主バッテリの均等充電において、補機バッテリの容量が主バッテリの均等充電に十分であるエンジン停止中に、補機バッテリの蓄電電力がDC−DCコンバータである均等充電電力送電手段を通じてエンジン停止中に送電される。
【００１０】
このようにすれば、均等充電による電池性能の向上及び寿命延長を実現できるとともに、電気自動車内部において均等充電時の回路構成が完結するので、外部充電装置を設置する費用とスペ−スとを節約でき、均等充電に当たって配線接続したり、それを取り外したりする煩雑な作業も省略でき、結局、簡便で簡素であるというハイブリッド自動車特有の特徴を損なうことなく、その電池の性能の向上及び寿命延長を実現することができる。
【００１１】
好適態様では、前記均等充電制御手段は、前記主バッテリの均等充電が必要であると判断したら前記主バッテリの満充電レベルまで前記エンジンの運転中に前記主バッテリを充電する。
好適態様では、前記均等充電制御手段は、前記主バッテリの均等充電が必要であると判断したら前記主バッテリの均等充電に対して十分なレベルまで前記エンジンの運転中に前記補機バッテリを充電する。
このようにすれば、均等充電前にそれを満充電まで充電する時間とそのための送電が不必要となり、その結果として蓄電電力の送電による損失を減らし、均等充電必要時間の短縮により速やかに車両を運行可能状態へ復帰させることができる。また、送電する側のバッテリがこの均等充電電力の送電により充電不足となることを防止することができる。
好適態様では、主バッテリのエンジン始動電力不足を検出した場合に補機バッテリから主バッテリへエンジン始動電力を送電する送電手段を用いて、補機バッテリから主バッテリへ均等充電電力を送電する。このようにすれば、回路構成の複雑化を回避しつつエンジン始動性の向上を図ることができる。
【００１２】
好適態様では、補機バッテリの蓄電電力不足を検出した場合に主バッテリから補機バッテリへ補充電力を送電する送電手段を用いて、主バッテリから補機バッテリへ均等充電電力を送電する。このようにすれば、回路構成の複雑化を回避しつつ補機バッテリの充電不足を解消することができる。
【００１３】
好適態様では、両バッテリ間の双方向の送電を行う送電手段が採用されるので、重量、スペースが大きくなるトランスやコンデンサの個数を共用化により減らすことができ、装置全体を小型化することができる。また、配線を簡素化できる。
【００１４】
このようにすれば、均等充電されるべきバッテリがある程度以上蓄電されているので、均等充電前にそれを満充電まで充電する時間とそのための送電が不必要となり、その結果として蓄電電力の送電による損失を減らし、均等充電必要時間の短縮により速やかに車両を運行可能状態へ復帰させることができる。また、送電する側のバッテリがこの均等充電電力の送電により充電不足となることを防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
なお、エンジン始動モータは走行モータと別に配設されてもよく、走行モータがそれを兼ねてもよい。
【００１６】
【実施例１】
本発明のハイブリッド電気自動車の充電装置の一実施例を図面を参照して説明する。
（回路構成）
この実施例のハイブリッド電気自動車の回路を図１に示すブロック図により説明する。
【００１７】
高圧（約３００Ｖ）の主バッテリ１は、始動モ−タを兼ねる発電電動機機２に電力授受可能に接続されている。低圧（約１２Ｖ）の補機バッテリ３は、補機４に給電している。
主バッテリ１と補機バッテリ３とはDC−DCコンバータ５、６を通じて相互に電力授受可能となっている。DC−DCコンバータ５は補機バッテリ３から主バッテリ１へ送電し、DC−DCコンバータ６は主バッテリ１から補機バッテリ３へ送電する。
【００１８】
７は発電電動機機２を駆動する内燃機関である。なお、ハイブリッド自動車の動力装置構成には各種形式が知られており、これ以外のパワ−トレイン構成も可能である。
８はコントロ−ラ（電子制御装置）であり、主バッテリ１及び補機バッテリ３の電流を検出する電流センサ９、１０と両バッテリ１、３の電圧とに基づいて発電電動機機２、DC−DCコンバータ５、６及び内燃機関７を制御する。
【００１９】
DC−DCコンバータ５の具体回路構成の一例を図２に示す。
DC−DCコンバータ５は、パワーＭＯＳトランジスタ５１、５２、昇圧トランス５３、全波整流器５４、リアクトル５５、平滑コンデンサ５６からなる。
次に、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ５の基本動作を説明する。
コントローラ８がパワーＭＯＳトランジスタ５１、５２を周期的かつ交互に断続することにより昇圧トランス５３に交番磁束が形成され、その二次コイルに高圧の高周波電圧が誘起され、この高周波電圧はブリッジ式全波整流器５４で整流され、リアクトル５５及びコンデンサ５６からなる平滑回路で平滑されて主バッテリ１を充電する。充電電流は電流センサ９により検出され、コントローラ８は電流センサ９で検出した充電電流、及び、主バッテリ電圧に基づいてパワーＭＯＳトランジスタ５１、５２を制御し、充電電流を目標レベルに制御する。
【００２０】
DC−DCコンバータ６の具体回路構成の一例を図３に示す。
DC−DCコンバータ６は、パワーＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４からなるＨブリッジ回路６１、降圧トランス６３、全波整流器６４、リアクトル６５、平滑コンデンサ６６からなる。
次に、ＤＣ−ＤＣコンバ−タ６の基本動作を説明する。
【００２１】
コントローラ８がパワーＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４のうち、ペアＴ１、Ｔ４と、ペアＴ２、Ｔ３とが交互に断続されて降圧トランス６３に交番磁束が形成され、その二次コイルに低圧の高周波電圧が誘起され、この高周波電圧は全波整流器６４で整流され、リアクトル６５及びコンデンサ６６からなる平滑回路で平滑されて補機バッテリ３を充電する。充電電流は電流センサ１０により検出され、コントローラ８は電流センサ１０で検出した充電電流、及び、補機バッテリ電圧に基づいてパワーＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４を制御し、充電電流を目標レベルに制御する。
（動作説明）
次に、マイコン内蔵のコントローラ８の主要な制御動作をフローチャートを参照して説明する。
【００２２】
最初に、補機バッテリ３から主バッテリ１へのエンジン始動電力の送電動作を図４のフロ−チャ−トを参照して説明する。
まず、公知の方法、簡単には補機バッテリ３の推定開放端子電圧に基づいて、補機バッテリ３の容量が主バッテリ１へエンジン起動電力を送電するのに十分であるかどうかを判別し（Ｓ１００）、そうでなければルーチンを終了し、そうであれば、公知の方法、簡単には主バッテリ１の推定開放端子電圧に基づいて、主バッテリ１の容量がエンジン起動に十分であるかどうかを判別し（Ｓ１０２）、そうであればルーチンを終了し、そうでなければ所定時間だけDC−DCコンバータ５を運転して、補機バッテリ３から主バッテリ１へエンジン始動を１回行うに十分な電力を送電して（Ｓ１０４）、それからルーチンを終了する。
【００２３】
次に、補機バッテリ３の容量不足時における主バッテリ１から補機バッテリ３への補充送電動作を図５のフロ−チャ−トを参照して説明する。
まず、公知の方法、簡単には主バッテリ１の推定開放端子電圧に基づいて、主バッテリ１の容量が補機バッテリ３の充電に十分であるかどうかを判別し（Ｓ２００）、そうでなければルーチンを終了し、そうであれば、公知の方法、簡単には補機バッテリ３の推定開放端子電圧に基づいて、補機バッテリ３の容量が緊急の補充充電を必要とするかどうかを判別し（Ｓ２０２）、そうでなければルーチンを終了し、そうであれば所定時間だけDC−DCコンバータ６を運転して、主バッテリ１から補機バッテリ３へ所定量だけ電力を送電して（Ｓ２０４）、それからルーチンを終了する。
【００２４】
次に、補機バッテリ３を用いた主バッテリ１の均等充電動作を図６及び図７のフロ−チャ−トを参照して以下に説明する。図６のフロ−チャ−トは、均等充電前に主バッテリ１を満充電レベルまで充電し、補機バッテリ３を必要十分なレベルまで充電する充電動作を示し、図７は均等充電動作を示す。
図６において、まず主バッテリ１が均等充電を必要とするかどうかを判別し（Ｓ３００）、必要でないならルーチンを終了する。なお、この実施例では前回の均等充電実施から所定時間経過したことにより均等充電の必要性を判別しているが、前回の均等充電実施からの累積充電量または累積放電量に応じてそれを判別してもよく、たとえば主バッテリ１の各部分電圧のばらつきをモニタしてそれがあるレベル以上となった場合に均等充電必要と判別してもよい。
【００２５】
次に、エンジン運転中かどうかを判別し（Ｓ３０２）、運転中であれば発電機２の発電電流で主バッテリ１が満充電となるレベルまで充電を行う（Ｓ３０４、Ｓ３０６）。なお、Ｓ３０６における主バッテリ１の満充電レベルは主バッテリ１の電流及び電圧に基づいてあらかじめ記憶するマップに基づいて判定するものとする。
【００２６】
次に、補機バッテリ３の容量（蓄電量）が主バッテリ１の均等充電に対して十分であるかどうか、具体的には所定値以上かどうかを判別し（Ｓ３０８）、そうでなければDC−DCコンバータ６を用いて主バッテリ１から補機バッテリ３への充電を行って（Ｓ３１０）、Ｓ３０４へリタ−ンし、Ｓ３０８において補機バッテリ３の容量が十分であれば均等充電許可フラグを立てて（Ｓ３１２）、この均等充電前の予備充電ルーチンを終了する。
【００２７】
図７において、まずエンジン停止中かどうかを判別し（Ｓ４００）、そうでなければルーチンを終了する。次に、Ｓ３１２で均等充電許可フラグが立てられたかどうかを調べ、そうでなければルーチンを終了する。
次に、DC−DCコンバータ５を制御して補機バッテリ３の電力により主バッテリ１を均等充電を行う（Ｓ４０４）。なお、均等充電の方式としては各種知られている公知の方式の一つを採用すればよい。たとえば、小定電流で端子電圧が所定値に達するまで充電してもよく、端子電圧の増大とともに充電電流を低減していってもよい。
【００２８】
次に、補機バッテリ３の放電電流及びその電圧に基づいてその容量が所定値以下に低下したかどうかを調べ（Ｓ４０６）、低下した場合にはル−チンを終了して均等充電を中止する。次に、イグニッションスイッチがタ−ンオンされたかどうかを調べ（Ｓ４０８）、されたならル−チンを終了して均等充電を中止する。
次に、均等充電が十分に行われたかどうかを主バッテリ１の充電電流、電圧に基づいて判別し、されていなければＳ４０４へリタ−ンし、されたなら主バッテリ１から補機バッテリ３へ充電を行って、補機バッテリ３の充電不足を解消し（Ｓ４１２）、均等充電許可フラグをおろし（Ｓ４１４）、ル−チンを終了する。
【００２９】
主バッテリ１の電力による補機バッテリ３の均等充電も上記説明した図６及び図７の均等充電動作と本質的に同じであるので、説明を省略する。
次に、DC−DCコンバータ５、６の代わりをなす双方向性DC−DCコンバータ１１について、図８を参照して説明する。
コンデンサ１１１、１１２、リアクトル１１３は高圧側平滑回路をなし、コンデンサ１１４、１１５、リアクトル１１６は低圧側平滑回路をなし、１１７は逆並列接続ダイオ−ドＤ付きの周知のＩＧＢＴ式Ｈブリッジ回路からなる高圧側インバ−タ回路であり、１１８は逆並列接続ダイオ−ドＤ付きの周知のＩＧＢＴ式Ｈブリッジ回路からなる低圧側インバ−タ回路であり、１１９はトランスである。
【００３０】
主バッテリ１から補機バッテリ３への送電においては、高圧側インバ−タ回路１１７をインバ−タ動作させ、低圧側インバ−タ回路１１８の各ＩＧＢＴをオフしてそれを整流器として用いる。逆に、補機バッテリ３から主バッテリ１への送電においては、高圧側インバ−タ回路１１７の各ＩＧＢＴをオフしてそれを整流器として整流動作させ、低圧側インバ−タ回路１１８をインバ−タ動作させる。
【００３１】
このようにすれば、大型化しやすいコンデンサやトランスやリアクトルを共用化でき、全体として高性能、小型軽量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のハイブリッド電気自動車の充電装置の一実施例を示すブロック回路図である。
【図２】図１のＤＣ−ＤＣコンバ−タ５の回路図である。
【図３】図１のＤＣ−ＤＣコンバ−タ６の回路図である。
【図４】図１のコントロ−ラ８の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図５】図１のコントロ−ラ８の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図６】図１のコントロ−ラ８の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図７】図１のコントロ−ラ８の動作を示すフロ−チャ−トである。
【図８】双方向性ＤＣ−ＤＣコンバ−タ６の回路図である。
【符号の説明】
１は主バッテリ、３は補機バッテリ、５、６はＤＣーＤＣコンバータ（均等充電電力送電手段、補充電力送電手段）、８はコントローラ（均等充電制御手段、蓄電電力不足検出手段、均等充電許可手段）。
【図１】
0003711720.tif 000002
【図２】
0003711720.tif 000003
【図３】
0003711720.tif 000004
【図４】
0003711720.tif 000005
【図５】
0003711720.tif 000006
【図６】
0003711720.tif 000007
【図７】
0003711720.tif 000008
【図８】
0003711720.tif 000009