(57)【要約】  【課題】車載バッテリの温度ヒューズを小型化することができる電動車両の充電装置を提供する。  【解決手段】商用の交流１００Ｖ電源で直流４８Ｖのバッテリパック３０を充電する際に、まずは、ＡＣ／ＤＣアダプタ２５で３６Ｖの直流電力に変換する。次に、ドライバ４１の駆動信号によって全波整流器４０のＦＥＴ４０ａ〜４０ｆをチョッピング制御することで、前記３６Ｖの直流電力を充電に必要な４８Ｖまで昇圧する。この昇圧処理には、車両に元々搭載されている前記ＦＥＴ４０ａ〜４０ｆおよびステータコイル２６からなる昇圧手段４３を利用するため、新たな充電器等を設ける必要がない。また、バッテリパック３０の温度ヒューズ３２を、電気回路上におけるＡＣ／ＤＣアダプタ２５と昇圧手段４３との間に設けることで、４８Ｖ用に比して小型軽量な３６Ｖ用のものが使用できるようになる。  【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動する電動機と、
外部電源から供給される電力で充電されるバッテリと、
前記バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して前記電動機を運転制御できるようにスイッチング素子を駆動制御するドライバとを備えた電動車両の充電装置において、
前記外部電源から供給される電力を前記バッテリの充電電圧まで昇圧させて前記バッテリを充電する昇圧手段と、
前記バッテリの温度が所定値以上になった場合に、前記バッテリに電力を供給する電気回路を切断する温度ヒューズとを具備し、
前記温度ヒューズは、電気回路上の配置において、前記外部電源と前記昇圧手段との間に設けられたことを特徴とする電動車両の充電装置。
【請求項２】
前記昇圧手段は、前記ドライバによって駆動制御されるスイッチング素子と前記電動機のステータコイルとを用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載の電動車両の充電装置。
【請求項３】
前記外部電源は、商用の交流電力を前記バッテリの充電電圧よりも低い電圧の直流電力に変換するアダプタであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の充電装置に係り、特に、車載バッテリに内蔵する温度ヒューズを小型化することができる電動車両の充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載バッテリの直流電源を電力変換器によって交流電力に変換し、交流モータを駆動して走行する電動車両が知られている。こうした電動車両のバッテリの充電は、利便性の面から、一般家庭等に配電される商用の交流電源を利用できることが好ましい。しかしながら、交流電源から車載バッテリに充電するためには、交流電源を直流電力に変換する電力変換器が必要であり、これを車両に搭載すると重量や設置スペースが増加するという課題があった。
【０００３】
特許文献１には、電力変換器に双方向の電力変換機能を持たせることによって、車載バッテリの充電に商用の交流電源を利用できるようにした電気自動車が開示されている。この電気自動車は、駆動用の交流モータの巻線を昇圧チョッパ制御に必要なリアクトルとして利用することで、専用の充電装置を不要にしながら、車載バッテリへの昇圧充電が可能であるように構成されている。
【０００４】
また、通常の車載バッテリには、特許文献２に開示される電池パックのように、バッテリの温度が異常上昇した際に強制的に充電を停止するための温度ヒューズが設けられている。この温度ヒューズは、バッテリの熱によって溶断されて電気回路を切断する仕組みであるため、バッテリに接触した状態で設置され、また、バッテリ電圧が高いほど大容量のものが使用されることが知られている。
【特許文献１】特開平５−２０７６６４号公報
【特許文献２】特開２０００−１９５５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される電気自動車の車載バッテリに、特許文献２に開示されるような温度ヒューズを設置しようとした場合、この設置位置として昇圧後の電圧がかかる箇所を選択すると、温度ヒューズを大容量化するために定格を上げる等の処置が必要となり、装置全体の大型化を招くという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、車載バッテリの温度ヒューズを小型化することができる電動車両の充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した目的を達成するために、本発明は、車両を駆動する電動機と、外部電源から供給される電力で充電されるバッテリと、前記バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換して前記電動機を運転制御できるようにスイッチング素子を駆動制御するドライバとを備えた電動車両の充電装置において、前記外部電源から供給される電力を前記バッテリの充電電圧まで昇圧させて前記バッテリを充電する昇圧手段と、前記バッテリの温度が所定値以上になった場合に、前記バッテリに電力を供給する電気回路を切断する温度ヒューズとを具備し、前記温度ヒューズは、電気回路上の配置において、前記外部電源と前記昇圧手段との間に設けられるようにした点に第１の特徴がある。
【０００８】
また、前記昇圧手段は、前記ドライバによって駆動制御されるスイッチング素子と前記電動機のステータコイルとを用いて構成されるようにした点に第２の特徴がある。
【０００９】
さらに、前記外部電源は、商用の交流電力を前記バッテリの充電電圧よりも低い電圧の直流電力に変換するアダプタであるようにした点に第３の特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、バッテリ電圧に対して容量の小さい温度ヒューズを使用できるので、温度ヒューズの寸法や重量が抑えられて、バッテリ等を小型化することができるようになる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、車両に元々搭載されているスイッチング素子とステータコイルを利用して昇圧処理を行うことができるので、新たに充電装置等を設ける必要がなく、車両の大型化等を防ぐことができるようになる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、車両との接続部に流れる直流電力の電圧がバッテリ充電電圧よりも低いので、万一電流がリークした際の影響を少なくすることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の最良の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る電動車両の充電装置が適用されるスクータ型電動二輪車の側面図である。高剛性の金属部材を加工して形成される車体フレーム１は、ヘッドパイプ１０と、ヘッドパイプ１０から後下がりに延設された前フレーム１１と、前フレーム１１の下端部で後方へ屈曲して略水平に延設された中間フレーム１２と、中間フレーム１２の後端部に挿貫されて後上がりに延設された後フレーム１３とから構成されている。前記中間フレーム１２および前フレーム１１には、バッテリパック３０が収容され、前記中間フレーム１２の上部はステップフロア１４で覆われている。
【００１４】
前記ヘッドパイプ１０には、操舵ユニット２が操舵自在に支持されている。この操舵ユニット２は、前記ヘッドパイプ１０によって回動自在に支持されるステムシャフト２ａと、ステムシャフト２ａの上端部にハンドルステー２ｂを介して連結されたハンドルパイプ２ｃとを含む。前記ハンドルステー２ｂには、その先端に前照灯３が設けられ、下方にホーン６が設けられている。前記ステムシャフト２ａの下部には左右一対のフロントフォーク４が連結され、その下端部で前輪ＦＷが回動可能に軸支されている。
【００１５】
前記後フレーム１３は、フレーム本体１３ａと、このフレーム本体１３ａの内側に挿貫されるフレームパイプ１３ｂとから構成されている。該フレームパイプ１３ｂの露出部分には、シートステー５およびリヤコンビステー７が連結されている。前記リヤコンビステー７の後端部には、ブレーキランプとウィンカランプとが一体に配置されたコンビネーションランプ１５が配置され、その下方にナンバプレートホルダ１６が設けられている。
【００１６】
前記シートステー５は、シートポスト５ａと、このシートポスト５ａを後フレームパイプ１３ｂに締結するための締結具５ｂと、前記シートポスト５ａの上部に連結ステー５ｃによって固定されて後方へ延設されるヘルメットホルダ５ｄとから構成されている。前記シートステー５の上部には、ヘルメットホルダ５ｄの後端の支持部２１を軸にして開閉自在とされる着座シート８が配置されている。前記連結ステー５ｃの内側には、バッテリパック３０を充電するためのプラグ２２が、コード２３と共に収容されている。また、前記ヘルメットホルダ５ｄの内側には、ヘルメット９が裏返しの姿勢で収納されている。
【００１７】
前記中間フレーム１２の後端部には、電動機としての交流モータを内蔵して後輪ＲＷを駆動するスイングユニット１７が、リンク部材２４を介して揺動自在に連結支持されている。前記スイングユニット１７の上部は、リヤクッション１８を介して後フレーム本体１３ａの上部と連結されている。
【００１８】
図２は、前記バッテリパック３０の説明斜視図である。バッテリパック３０は、長手方向の断面形状が略平行四辺形になるように２段に俵積みされた複数のバッテリセル３１で構成されている。車両への搭載時は、この外側に熱収縮フィルムによるシュリンクパックおよび樹脂製の外装カバー（不図示）が施される。バッテリセル３１の間隙には、バッテリパック３０の温度が所定値を超えた際に強制的に充電を停止するための温度ヒューズ３２および温度センサとしてのサーミスタ３３が配設されている。本実施形態におけるバッテリパック３０は、各バッテリセル３１を直列接続して４８Ｖの電圧が得られるように構成されており、その正負の電源ラインはコネクタ３４を介して外部に取り出される。
【００１９】
図３は、本発明の一実施形態に係る電動車両の充電装置の概要説明図である。前記と同一の符号は、同一または同等部分を示している。前記スイングユニット１７（図１参照）に内蔵された駆動用交流モータのステータコイル２６には、そのＵ，Ｖ，Ｗ相に、全波整流器４０を構成するＦＥＴ（電界効果トランジスタ。一般的には固体スイッチング素子）４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆがそれぞれ接続されている。ドライバ４１は、各種センサでスロットル開度や車速等を検知して交流モータの最適な制御状態を算出するＣＰＵ４３からの指令信号に基づいて、全波整流器４０に駆動信号を発信する。前記スクータ型自動二輪車の走行時には、前記全波整流器４０のＦＥＴ４０ａ〜４０ｆがスイッチング制御されることでバッテリパック３０の直流電源が三相の交流電力に変換され、この交流電力によって交流モータが駆動されている。
【００２０】
前記バッテリパック３０の充電には、前記プラグ２２およびコード２３によって外部から商用の交流電力（通常は、１００Ｖまたは２００Ｖ）を取り入れて使用する。本実施形態では、外部電源としての充電器であるＡＣ／ＤＣアダプタ２５が車両側に搭載されているが、車両と別体式として充電時にのみ接続するようにしてもよい。
【００２１】
本実施形態において、前記ＡＣ／ＤＣアダプタ２５は、１００Ｖの交流電源を３６Ｖの直流電力に変換する電力変換器である。この場合、変換後の３６Ｖの直流電力では、４８Ｖの前記バッテリパック３０を充電することができないので、前記全波整流器４０とステータコイル２６からなる昇圧手段４２によって昇圧処理が行われる。昇圧処理としての昇圧チョッパ制御には、誘導リアクタンスを有効に利用するためのリアクトルが必要となるが、本実施形態では、車両に元々搭載されている駆動用交流モータのステータコイル２６をリアクトルとして利用することで、専用の充電装置を使うことなく昇圧処理の実行を可能としている。
【００２２】
バッテリパック３０へ充電する際には、前記ドライバ４１からの駆動信号によって前記ＦＥＴ４０ａ〜４０ｆがチョッピング制御されることで、３６Ｖの直流電力がバッテリパック３０の充電電圧である４８Ｖまで昇圧される。ここで、図４のフローチャートを参照して、バッテリ充電制御の手順を説明する。
【００２３】
図４は、バッテリ充電制御の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１０で、充電器（ＡＣ／ＤＣアダプタ２５）のプラグ２２が商用電源のコンセントに接続されると、ステップＳ１１に進み、前記ＣＰＵ４３によって充電器の接続認識が行われると、充電器に充電許可信号が出力される。続くステップＳ１２では、ドライバ４１の昇圧チョップ制御によってＡＣ／ＤＣアダプタ２５から出力される３６Ｖ電力を４８Ｖまで昇圧するとともにバッテリパック３０への充電が開始される。ステップＳ１３では、ＣＰＵ４３によって充電が正常に行われているか否かが判定され、正常であると判定されるとステップＳ１４に進んで充電を継続する。続くステップＳ１５では、充電を終了させる所定電圧に到達したか否かが判定され、到達していないと判定されるとステップＳ１４に戻って充電を継続し、一方、到達したと判定されるとステップＳ１６に進んで充電を終了する。
【００２４】
ここで、該フローチャートにおいては、前記ステップＳ１３で充電が正常でないと判定された場合、即座にステップＳ１６に進んで充電を終了するように構成されているが、この判定は前記ＣＰＵ４３の各種診断機能によって行われている。前記温度ヒューズ３２は、万一、ＣＰＵ４３が正常に機能せず、適切に充電が終了されない場合に、確実に充電を終了させるために装備されるものである。
【００２５】
図３に戻って、前記温度ヒューズ３２は、バッテリセル３１に接触するように設置されており、万一、充電が正常でないためにバッテリセル３１の温度が通常値を超えて上昇した場合には、その熱で溶断されることで電気回路を遮断する役割を有している。通常、このような温度ヒューズには、バッテリ電圧に合わせた定格品が使用されている。しかしながら、本実施形態においては、温度ヒューズ３２の電気回路中の設置箇所を、ＡＣ／ＤＣアダプタ２５と昇圧手段４２との間とすることによって、バッテリ電圧の４８Ｖに対して大幅に小さい３６Ｖ定格の温度ヒューズを使用することができる。これによって、温度ヒューズの寸法や重量が抑えられるので、バッテリパック３０等を小型化することができるようになる。
【００２６】
また、バッテリ充電のために車両と外部電源とを接続する際に、何らかの原因で電流がリークする可能性が考えられるが、本発明に係る電動車両の充電装置では、ＡＣ／ＤＣアダプタ２５によって変換される直流電力の電圧が、バッテリ電圧より大幅に低く設定されているので、万一、電流がリークした場合でも、その影響の少ない電動車両の充電装置を得ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る電動車両の充電装置が適用されるスクータ型電動二輪車の側面図である。
【図２】バッテリパックの説明斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電動車両の充電装置の概要説明図である。
【図４】バッテリ充電制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
２２…プラグ、２５…ＡＣ／ＤＣアダプタ、２６…ステータコイル、３０…バッテリパック、３１…バッテリセル、３２…温度ヒューズ、４０…全波整流器、４０ａ〜４０ｆ…ＦＥＴ、４１…ドライバ、４３…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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