特開 2024-124821 電動車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124821

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】電動車両

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/10 20190101AFI20240906BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20240906BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20240906BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240906BHJP

   H01M 10/46 20060101ALI20240906BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

B60L58/10

B60L53/14

B60L50/60

H02J7/00 P

H02J7/00 301B

H01M10/46 101

H01M10/48 301

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032753

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 豊

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503BB02

5G503CA10

5G503CB13

5G503FA03

5G503FA06

5H030AA06

5H030AS08

5H030FF22

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC05

5H125BC21

5H125DD02

(57)【要約】

【課題】電動車両のバッテリが外部電源からの電力により充電される間に、充電性能を良好に確保しつつ、外部電源側の充電コネクタおよび当該充電コネクタが接続される電動車両の充電インレットが過熱するのを適正に抑制する。
【解決手段】本開示の電動車両は、外部電源からの電力により充電可能なバッテリと、バッテリに接続されると共に、外部電源からの充電コネクタが接続される充電インレットと、充電インレットの温度を検出する温度センサと、充電コネクタが充電インレットに接続されてから外部電源からの電力によるバッテリの充電を開始させるまでに、温度センサの検出値に基づいて充電許可温度を設定し、外部電源からの電力によりバッテリが充電される間に、温度センサの検出値と充電許可温度とを比較して充電の継続の可否を判定する制御装置とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部電源からの電力により充電可能なバッテリを含む電動車両において、
前記バッテリに接続されると共に、前記外部電源からの充電コネクタが接続される充電インレットと、
前記充電インレットの温度を検出する温度センサと、
前記充電コネクタが前記充電インレットに接続されてから前記外部電源からの電力による前記バッテリの充電を開始させるまでに、前記温度センサの検出値に基づいて充電許可温度を設定し、前記外部電源からの電力により前記バッテリが充電される間に、前記温度センサの検出値と前記充電許可温度とを比較して前記充電の継続の可否を判定する制御装置と、
を備える電動車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、外部電源からの電力により充電可能なバッテリを含む電動車両に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電気推進車両のバッテリの充電に使用される充電ケーブルとして、商用電源の電源コンセントに着脱自在に接続される電源プラグと、電気推進車両に着脱自在に接続される充電カプラと、電源プラグと充電カプラとの間の電路の温度を検出する温度センサと、電源プラグから充電カプラに流れる電流値を制御する充電装置とを含むものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この充電ケーブルの充電装置は、電気推進車両のバッテリの充電中に温度センサにより検出される温度が電源プラグの耐熱温度をよりも低い一定の閾値に達すると、電源プラグから充電カプラへの充電電流を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１９６１２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の充電ケーブルにおいて充電カプラ等の過熱を抑制するために上記閾値を低くすると、充電電流の過剰な制限により充電性能が低下してしまうおそれがある。その一方で、上記従来の充電ケーブルにおいて閾値を高くすると、電源プラグから充電カプラへの電流が制限される前に、充電カプラや車両側のインレット等が過熱してしまうおそれもある。

【0005】

そこで、本開示は、電動車両のバッテリが外部電源からの電力により充電される間に、充電性能を良好に確保しつつ、外部電源側の充電コネクタおよび当該充電コネクタが接続される電動車両の充電インレットが過熱するのを適正に抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電動車両は、外部電源からの電力により充電可能なバッテリを含む電動車両において、前記バッテリに接続されると共に、前記外部電源からの充電コネクタが接続される充電インレットと、前記充電インレットの温度を検出する温度センサと、前記充電コネクタが前記充電インレットに接続されてから前記外部電源からの電力による前記バッテリの充電を開始させるまでに、前記温度センサの検出値に基づいて充電許可温度を設定し、前記外部電源からの電力により前記バッテリが充電される間に、前記温度センサの検出値と前記充電許可温度とを比較して前記充電の継続の可否を判定する制御装置とを含むものである。

【0007】

本開示の電動車両の制御装置は、充電コネクタが充電インレットに接続されてから外部電源からの電力によるバッテリの充電を開始させるまでに、温度センサの検出値に基づいて充電許可温度を設定する。これにより、外部電源からの電力によるバッテリの充電の開始前に、充電インレットの雰囲気温度に合わせて閾値としての充電許可温度を適正に設定することが可能になる。そして、当該制御装置は、外部電源からの電力によりバッテリが充電される間に、温度センサの検出値と充電許可温度とを比較して充電の継続の可否を判定する。この結果、充電開始前の充電インレットの雰囲気温度が高いときには、外部電源側の充電コネクタや充電インレットの過熱が発生していないにも拘わらずバッテリの充電が制限されてしまうのを抑制し、外部電源からの電力によるバッテリの充電性能を良好に確保することができる。更に、充電開始前の充電インレットの雰囲気温度が低いときには、外部電源側の充電コネクタや充電インレットの温度が高まった状態で比較的大きな電流によるバッテリの充電が継続されてしまうのを抑制し、外部電源側の充電コネクタおよび電動車両の充電インレットが過熱するのを適正に抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の電動車両を示す概略構成図である。

【図2】外部電源からの電力による図１の電動車両のバッテリの充電に際して、当該電動車両の制御装置により実行されるルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図3】充電許容温度設定マップの一例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、図面を参照しながら、本開示の発明を実施するための形態について説明する。

【0010】

図１は、本開示の電動車両１を示す概略構成図である。同図に示す電動車両１は、バッテリ（高圧バッテリ）２と、システムメインリレーＳＭＲと、電力制御装置（以下、「ＰＣＵ」という。）３と、モータジェネレータＭＧとを含むバッテリ電気自動車（ＢＥＶ）である。ただし、電動車両１は、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）であってもよい。

【0011】

電動車両１のバッテリ２は、直列に接続される複数の電池モジュール（電池スタック）を含む。バッテリ２の各電池モジュールは、直列または並列に接続された複数の電池セル（図示省略）を含む。各電池セルは、例えば、リチウムイオン二次電池あるいはニッケル水素二次電池等である。バッテリ２の正極端子には、システムメインリレーＳＭＲの正極側リレーを介して正極側電力ラインＰＬが接続される。バッテリ２の負極端子には、システムメインリレーＳＭＲの負極側リレーを介して負極側電力ラインＮＬが接続される。

【0012】

ＰＣＵ３は、正極側電力ラインＰＬ、負極側電力ラインＮＬおよびシステムメインリレーＳＭＲを介してバッテリ２に接続される。ＰＣＵ３は、インバータ（駆動回路）３ａ、昇圧コンバータ３ｂ、充放電可能なコンデンサ（図示省略）等を含む。インバータ３ａは、モータジェネレータＭＧを駆動する。昇圧コンバータ３ｂは、バッテリ２からの電力を昇圧すると共にモータジェネレータＭＧ側からの電圧を降圧することができる。

【0013】

モータジェネレータＭＧは、同期発電電動機（三相交流電動機）である。モータジェネレータＭＧのロータは、減速機、デファレンシャルギヤおよびドライブシャフトＤＳを介して左右の駆動輪ＤＷに連結される。モータジェネレータＭＧは、ＰＣＵ３（バッテリ２）からの電力により駆動され、ドライブシャフトＤＳに駆動トルク（駆動力）を出力する。更に、モータジェネレータＭＧは、電動車両１の制動に際してドライブシャフトＤＳに回生制動トルクを出力する。

【0014】

また、電動車両１は、家庭あるいはスタンドの交流電源（外部電源）２０からの電力によりバッテリ２を充電可能に構成されており、交流電源２０にケーブル２１を介して接続された充電コネクタ（プラグ）２５が接続される充電インレット５と、ＡＣ充電器７と、充電リレーＣＨＲと、ＡＣ充電器７および充電リレーＣＨＲを制御する充電電子制御装置（以下、「充電ＥＣＵ」という。）１０とを含む。

【0015】

充電インレット５は、電動車両１の充電リッド（図示省略）に設置されたレセプタクル５１と、レセプタクル５１により保持された複数の端子５２と、レセプタクル５１に固定されると共に、それぞれ対応する端子５２に電気的に接続された複数のケーブル５３を保持するホルダ５４と、温度センサ（サーミスタ）５５とを含む。レセプタクル５１は、樹脂により形成されており、充電コネクタ２５が嵌合される凹部５１ａを有する。レセプタクル５１は、凹部５１ａ内で充電コネクタ２５の対応する端子２６と電気的に結合するように複数の端子５２を保持する。また、レセプタクル５１は、充電コネクタ２５の形状に合致するように形成された規格品であり、温度センサ５５を設置するためのスペースを有していない。このため、温度センサ５５は、ホルダ５４により支持される。すなわち、温度センサ５５は、接触抵抗により発熱する充電インレット５の端子５２と充電コネクタ２５の端子２６との結合部から離間した位置で、予め定められた少なくとも何れか１本のケーブル５３の外被の温度を充電インレット５の温度（雰囲気温度）Ｔｉとして検出する。

【0016】

ＡＣ充電器７は、交流電源２０からの交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータや、当該ＡＣ／ＤＣコンバータから出力される直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（何れも図示省略）等を含む。ＡＣ充電器７のＡＣ／ＤＣコンバータには、上記ケーブル５３を介して充電インレット５の複数の端子５２が電気的に接続され、ＡＣ充電器７のＤＣ／ＤＣコンバータは、ケーブルを介して充電リレーＣＨＲに接続される。また、充電リレーＣＨＲは、ケーブルを介して、システムメインリレーＳＭＲとＰＣＵ３との間で正極側電力ラインＰＬおよび負極側電力ラインＮＬに接続される。

【0017】

充電ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵやＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータ等を含み、温度センサ５５の検出値、すなわち充電インレット５の温度Ｔｉを取得すると共に、電動車両１の図示しない他のＥＣＵ（例えば、バッテリ２を管理する電子制御装置）と通信により情報をやり取りする。充電ＥＣＵ１０は、システムメインリレーＳＭＲおよび充電リレーＣＨＲが閉成された状態で、温度センサ５５により検出される充電インレット５の温度Ｔｉや他のＥＣＵからの情報に基づいて、ＡＣ充電器７（ＡＣ／ＤＣコンバータおよびＤＣ／ＤＣコンバータ）を制御する。これにより、バッテリ２がシステムメインリレーＳＭＲ、充電リレーＣＨＲおよびＡＣ充電器７を介して充電インレット５に電気的に接続され、交流電源２０からの電力（交流電力）により当該バッテリ２を充電することができる。

【0018】

図２は、交流電源２０からの電力による電動車両１のバッテリ２の充電に際して、充電ＥＣＵ１０により実行されるルーチンを示すフローチャートである。

【0019】

図２のルーチンの実行タイミングが到来すると、充電ＥＣＵ１０は、充電コネクタ２５の接続状態に関する情報を取得し（ステップＳ１００）、充電インレット５に充電コネクタ２５が接続されているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。充電インレット５に充電コネクタ２５が接続されている場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、充電ＥＣＵ１０は、ＡＣ充電器７の起動処理を実行すると共に、ＡＣ充電器７の起動後に予め定められた待機時間だけ待機する（ステップＳ１２０）。待機時間は、電動車両１の周囲温度と充電インレット５の温度Ｔｉとの間の極端な差を解消するのに十分な時間として適合される。

【0020】

ステップＳ１２０の処理の後、充電ＥＣＵ１０は、温度センサ５５により検出された充電インレット５の温度Ｔｉを取得し（ステップＳ１３０）、取得した温度Ｔｉに基づいて、交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電中に当該充電の継続の可否を判定するための充電許可温度Ｔｒｅｆを設定する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０において、充電ＥＣＵ１０は、予め作成された充電許可温度設定マップから、ステップＳ１３０にて取得した温度Ｔｉに対応した充電許可温度Ｔｒｅｆを取得する。充電許可温度設定マップは、交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電開始前に温度センサ５５により検出される温度Ｔｉと、当該交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電中であって充電インレット５および充電コネクタ２５が過熱していないときに温度センサ５５により検出される温度Ｔｉの上限値との相関を規定するように実験・解析を経て適合されている。本実施形態において、充電許可温度設定マップは、図３に示すように、充電インレット５の温度Ｔｉが高くなるにつれて、充電許可温度Ｔｒｅｆを段階的に高くする。

【0021】

充電許可温度Ｔｒｅｆを設定した後、充電ＥＣＵ１０は、システムメインリレーＳＭＲおよび充電リレーＣＨＲを閉成させると共に、例えば予め定められた比較的大きい一定の充電電流ＩＨをバッテリ２に供給するようにＡＣ充電器７を制御してバッテリ２の充電を開始する（ステップＳ１５０）。更に、充電ＥＣＵ１０は、温度センサ５５により検出された充電インレット５の温度Ｔｉを取得し（ステップＳ１６０）、取得した温度ＴｉがステップＳ１４０にて設定した充電許可温度Ｔｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。温度Ｔｉが充電許可温度Ｔｒｅｆ以下である場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、充電ＥＣＵ１０は、他のＥＣＵにより算出されたバッテリ２のＳＯＣを取得し（ステップＳ１８０）、バッテリ２のＳＯＣが予め定められた目標値Ｓｔａｇ（例えば、７０－８０％程度の値）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。バッテリ２のＳＯＣが目標値Ｓｔａｇ未満である場合（ステップＳ１９０：ＮＯ）、充電ＥＣＵ１０は、所定時間をおいて、ステップＳ１６０およびＳ１７０の処理を実行する。また、バッテリ２のＳＯＣが目標値Ｓｔａｇに達すると（ステップＳ１９０：ＹＥＳ）、充電ＥＣＵ１０は、ＡＣ充電器７の作動を停止させると共に充電リレーＣＨＲを開成させてバッテリ２の充電を停止させ（ステップＳ２００）、図２のルーチンを終了させる。

【0022】

これに対して、また、ステップＳ１６０にて取得した温度ＴｉがステップＳ１４０にて設定した充電許可温度Ｔｒｅｆを上回っている場合（ステップＳ１７０：ＮＯ）、充電ＥＣＵ１０は、例えば予め定められた比較的小さい一定の充電電流ＩＬ（＜ＩＨ）を出力するようにＡＣ充電器７を制御してバッテリ２への充電電流を制限する（ステップＳ２１０）。更に、充電ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１０における充電電流の制限が開始されてから所定時間が経過した否かを判定する（ステップＳ２２０）。充電電流の制限が開始されてから所定時間が経過していない場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）、充電ＥＣＵ１０は、所定時間をおいて、ステップＳ１６０以降の処理を実行する。また、充電電流の制限が開始されてから所定時間が経過した場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、充電ＥＣＵ１０は、バッテリ２のＳＯＣに拘わらず、ＡＣ充電器７の作動を停止させると共に充電リレーＣＨＲ等を開成させてバッテリ２の充電を停止させ（ステップＳ２００）、図２のルーチンを終了させる。

【0023】

以上説明したように、本開示の電動車両１は、外部電源としての交流電源２０からの電力により充電可能なバッテリ２と、システムメインリレーＳＭＲおよび充電リレーＣＨＲを介してバッテリ２に接続されると共に、交流電源２０からの充電コネクタ２５が接続される充電インレット５と、充電インレット５の温度Ｔｉを検出する温度センサ５５と、制御装置としての充電ＥＣＵ１０とを含む。また、充電ＥＣＵ１０は、充電コネクタ２５が充電インレット５に接続されてから交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電を開始させるまでに、温度センサ５５の検出値すなわち充電インレット５の温度Ｔｉに基づいて充電許可温度Ｔｒｅｆを設定する（ステップＳ１００－Ｓ１４０）。これにより、電動車両１では、交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電の開始前（開始直前）に、充電インレット５の雰囲気温度に合わせて閾値としての充電許可温度Ｔｒｅｆを適正に設定することが可能になる。そして、充電ＥＣＵ１０は、交流電源２０からの電力によりバッテリが充電される間に、温度センサ５５より検出される温度Ｔｉと充電許可温度Ｔｒｅｆとを比較して充電の継続の可否を判定する（ステップＳ１６０－Ｓ２００）。

【0024】

この結果、充電開始前の温度Ｔｉすなわち充電インレット５の雰囲気温度が比較的高いときには、充電許可温度Ｔｒｅｆを高めにして、交流電源２０側の充電コネクタ２５や充電インレット５のレセプタクル５１の過熱が発生していないにも拘わらずバッテリ２の充電（充電電流）が制限されてしまうのを抑制し、交流電源２０からの電力によるバッテリ２の充電性能を良好に確保することができる。更に、充電開始前の温度Ｔｉすなわち充電インレット５の雰囲気温度が低いときには、充電許可温度Ｔｒｅｆを低めにして、交流電源２０側の充電コネクタ２５や充電インレット５のレセプタクル５１の温度が高まった状態で比較的大きな電流によるバッテリ２の充電が継続されてしまうのを抑制し、交流電源２０側の充電コネクタ２５および電動車両１の充電インレット５が過熱するのを適正に抑制することが可能になる。

【0025】

なお、電動車両１において、ＡＣ充電器２５および充電ＥＣＵ１０は、交流電源２０と充電コネクタ２５とを結ぶケーブル２１の中途に設けられてもよい。また、本開示における外部電源は、交流電源２０に限られるものではなく、直流電源であってもよい。すなわち、充電コネクタ２５は、直流電流を出力する急速充電スタンドにケーブルを介してに接続されたものであってもよく、電動車両１からＡＣ充電器２５が省略されてもよい。更に、充電インレット５の温度Ｔｉが充電許容温度ＴｒｅｆであるときのＡＣ充電器７（充電電流）の制御態様およびステップＳ２１０における充電電流の制限態様は、上述のものには限られず、任意の態様を採用することができる。

【0026】

本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

【産業上の利用可能性】

【0027】

本開示の発明は、電動車両の製造産業等において利用可能である。

【符号の説明】

【0028】

１ 電動車両、２ バッテリ、５ 充電インレット、７ ＡＣ充電器、１０ 充電電子制御装置（充電制御ＥＣＵ）、２０ 交流電源、２５ 充電コネクタ、２６，５２ 端子、５１ レセプタクル、５５ 温度センサ、ＣＨＲ 充電リレー。

【図1】

【図2】

【図3】