特開 2025-14390 電気自動車

(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】P2025014390

(43)【公開日】2025-01-30

(54)【発明の名称】電気自動車

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/24 20190101AFI20250123BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250123BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20250123BHJP

   B60L 58/10 20190101ALI20250123BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20250123BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20250123BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20250123BHJP

【ＦＩ】

B60L53/24

B60L50/60

B60L53/14

B60L58/10

H02J7/00 P

H02J7/00 S

H02J7/00 301A

H02J7/04 N

H02J7/10 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023116905

(22)【出願日】2023-07-18

(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】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上木原 大介

【テーマコード（参考）】

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503CB02

5G503CC02

5G503FA01

5G503FA06

5G503FA18

5G503GB06

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BB00

5H125BC05

5H125CD04

5H125DD02

5H125DD10

(57)【要約】

【課題】簡易な構成で氷結による機械式リレーの通電不良を解消することができる技術を提供する。
【解決手段】電気自動車は、バッテリと、外部電源に接続可能に構成されている充電インレットと、バッテリと充填インレットの間に接続されており、バッテリと充電インレットの接続のオンとオフを切り換えるように構成されている機械式リレーと、機械式リレーに対して熱結合可能な位置に配置されているコンデンサと、コンデンサとバッテリの間に接続されているスイッチング素子と、機械式リレーが通電できないときに、スイッチング素子を制御することによりバッテリからスイッチング素子を介してコンデンサを通電するように構成されているコントローラと、を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、
外部電源に接続可能に構成されている充電インレットと、
前記バッテリと前記充填インレットの間に接続されており、前記バッテリと前記充電インレットの接続のオンとオフを切り換えるように構成されている機械式リレーと、
前記機械式リレーに対して熱結合可能な位置に配置されているコンデンサと、
前記コンデンサと前記バッテリの間に接続されているスイッチング素子と、
前記機械式リレーが通電できないときに、前記スイッチング素子を制御することにより前記バッテリから前記スイッチング素子を介して前記コンデンサを通電するように構成されているコントローラと、を備えている、電気自動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、電気自動車に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車は、バッテリと、外部電源に接続可能に構成されている充電インレットと、バッテリと充填インレットの間に接続されている機械式リレーと、を備えている。充電インレットが外部電源に接続されると、機械式リレーが絶縁された配線間を接続することにより、外部電源から供給された電力がバッテリに充電される。

【0003】

機械式リレーは、励磁コイルに電圧を印加して可動子を上下動させることにより、可動子が配線間を接続したオンの状態と、可動子が配線間から離れたオフの状態と、を切り換えるように構成されている。機械式リレーがオフしているときに外気環境が低温になると、可動子と配線が接触する接点部に氷が付着することがある。この場合、機械式リレーがオンの状態に移行しようとしても、可動子と配線の接触が妨げられることがある。特許文献１は、このような氷結による機械式リレーの通電不良を解消する技術の一例を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４－１２０３８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書は、簡易な構成で氷結による機械式リレーの通電不良を解消することができる技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本明細書が開示する電気自動車は、バッテリと、外部電源に接続可能に構成されている充電インレットと、前記バッテリと前記充填インレットの間に接続されており、前記バッテリと前記充電インレットの接続のオンとオフを切り換えるように構成されている機械式リレーと、前記機械式リレーに対して熱結合可能な位置に配置されているコンデンサと、前記コンデンサと前記バッテリの間に接続されているスイッチング素子と、前記機械式リレーが通電できないときに、前記スイッチング素子を制御することにより前記バッテリから前記スイッチング素子を介して前記コンデンサを通電するように構成されているコントローラと、を備えていてもよい。

【0007】

上記構成によると、氷結によって前記機械式リレーが通電できないときに、前記コンデンサを通電することにより前記コンデンサを発熱させ、その熱によって前記機械式リレーの接点部に付着した氷を融解させることができる。上記電気自動車は、前記機械式リレーに対して熱結合可能な位置に前記コンデンサを配置した簡易な構成である。本明細書が開示する技術は、簡易な構成で氷結による前記機械式リレーの通電不良を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】電気自動車のブロック図である。

【図2】溶解処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

図１に示すように、電気自動車２は、バッテリ３と、インバータ１０と、走行用の電気モータ２０と、コントローラ３０と、を備えている。図１の矢印破線は、信号線を表している。

【0010】

バッテリ３は、インバータ１０に接続されている。バッテリ３の正極３ｐがインバータ１０の直流端正極１０ｐに接続され、バッテリ３の負極３ｎがインバータ１０の直流端負極１０ｎに接続されている。

【0011】

インバータ１０は、３組のアーム回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えている。アーム回路１１ａは、上スイッチング素子１２ａと、下スイッチング素子１３ａと、上スイッチング素子１２ａに逆並列に接続されているダイオード１４ａと、下スイッチング素子１３ａに逆並列に接続されているダイオード１５ａと、を含む。上スイッチング素子１２ａと下スイッチング素子１３ａが直列に接続されている。上スイッチング素子１２ａは、直流端正極１０ｐを介してバッテリ３の正極３ｐに接続される。下スイッチング素子１３ａは、直流端負極１０ｎを介してバッテリ３の負極３ｎに接続される。アーム回路１１ｂ、１１ｃも、アーム回路１１ａと同じ構造を有しているのでそれらの説明は省略する。３組のアーム回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、インバータ１０の直流端正極１０ｐと直流端負極１０ｎの間に並列に接続されている。

【0012】

インバータ１０の直流端正極１０ｐと直流端負極１０ｎの間には、コンデンサ１７が接続されている。コンデンサ１７は、インバータ１０の直流端に流れる電流の脈動を抑えるために設けられている。

【0013】

インバータ１０の上スイッチング素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃと下スイッチング素子１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、コントローラ３０によって適宜に制御される。上スイッチング素子と下スイッチング素子を交互にオンオフすると、３組のアーム回路１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれの中点１６ａ、１６ｂ、１６ｃから交流が出力される。

【0014】

中点１６ａ、１６ｂ、１６ｃには、電気モータ２０が接続されている。電気モータ２０は、３個のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。３個のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、電気モータ２０のステータ（不図示）に捲回されている。３個のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各々の一端は、３個の中点１６ａ、１６ｂ、１６ｃのうち対応する中点１６ａ、１６ｂ、１６ｃに接続されている。３個のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの各々の他端は一点で結合されている。３個のコイル２１ａ、２１ｂ、２１ｃの他端が相互に結合している点を、中性点２２と称する。ステータの各相のコイルの他端を中性点２２で接続する構成は、スター結合と呼ばれており、三相交流モータではよく知られた回路構造である。

【0015】

電気自動車２は、さらに、第１配線２３ｐと、第２配線２３ｎと、機械式の充電リレー２４と、充電インレット２８と、電圧センサ３２と、コンデンサ３４と、を備えている。充電インレット２８は、電気自動車２のボディに備えられている。充電インレット２８は、第１端子２８ｐおよび第２端子２８ｎを備えている。外部直流電源４０の正極４０ｐが電力ケーブル４１を介して充電インレット２８の第１端子２８ｐに接続し、外部直流電源４０の負極４０ｎが電力ケーブル４１を介して充電インレット２８の第２端子２８ｎに接続する。これにより、外部直流電源４０が充電インレット２８に接続される。外部直流電源４０は、例えば充電スタンドであってもよい。

【0016】

第１配線２３ｐは、充電インレット２８の第１端子２８ｐと電気モータ２０の中性点２２を接続する配線である。第２配線２３ｎは、充電インレット２８の第２端子２８ｎとバッテリ３の負極３ｎを接続する配線である。第２配線２３ｎは、グランド線とも呼ばれる。充電リレー２４は、第１配線２３ｐに設けられている第１充填リレー２４ｐと、第２配線２３ｎに設けられている第２充電リレー２４ｎと、を含む。

【0017】

電圧センサ３２は、充電リレー２４と電気モータ２０の間に配置されている。具体的には、電圧センサ３２は、第１配線２３ｐと第２配線２３ｎの間に接続されており、充電リレー２４よりも電気モータ２０側の第１配線２３ｐと第２配線２３ｎの間の電位差を測定するように構成されている。後述するように、充電リレー２４において氷結が発生しているか否かは、電圧センサ３２の出力に基づいて検出することができる。

【0018】

コンデンサ３４は、充電リレー２４と電気モータ２０の間であって、充電リレー２４に対して熱結合可能な位置に配置されている。ここで、「熱結合可能な位置」とは、コンデンサ３４で発生した熱が充電リレー２４まで伝熱され得る位置をいう。この例では、第１配線２３ｐと第２配線２３ｎが金属バスバで構成されている。このため、コンデンサ３４で発生した熱は、第１配線２３ｐと第２配線２３ｎの金属バスバを介して充電リレー２４まで伝熱することができる。必要に応じて、コンデンサ３４で発生した熱が充電リレー２４まで効率的に伝熱されるように、熱伝導率の高い材料がコンデンサ３４と充電リレー２４の間に設けられていてもよい。

【0019】

（電気モータ２０を用いた昇圧回路）
充電インレット２８からバッテリ３までの配線において、インバータ１０の１つのアーム回路１１ａを構成する下スイッチング素子１３ａとダイオード１４ａと電気モータ２０のコイル２１ａによって昇圧回路が構成されている。同様に、下スイッチング素子１３ｂ、ダイオード１４ｂ、コイル２１ｂも昇圧回路を構成し、下スイッチング素子１３ｃ、ダイオード１４ｃ、コイル２１ｃも昇圧回路を構成する。このように、インバータ１０と電気モータ２０は、充電インレット２８とバッテリ３の間において、並列に接続された３個の昇圧回路とみなすことができる。電気自動車２は、インバータ１０と電気モータ２０を昇圧回路として用いることにより、外部直流電源４０の出力電圧がバッテリ３より低い場合であってもバッテリ３を急速充電することができる。

【0020】

（融解処理の動作フローチャート）
外部直流電源４０の電力ケーブル４１が充電インレット２８に接続されると、充電リレー２４が閉じ、電気自動車２への充電が開始する。ここで、機械式の充電リレー２４は、充電リレー２４がオフしているときに外気環境が低温になると、氷結によって可動子と配線の接触が妨げられ、通電不良が発生するという問題がある。以下では、充電リレー２４に氷結が発生したときに、充電リレー２４に付着した氷を融解する処理について説明する。

【0021】

図２に、融解処理のフローチャートを示す。外部直流電源４０の電力ケーブル４１が電気自動車２の充電インレット２８に接続され、ユーザが不図示の充電スイッチを入れると、図２の処理が開始される。コントローラ３０は、充電リレー２４を閉じ、リレー動作が実行可能か否かを判定する（ステップＳ１）。充電リレー２４がリレー動作を実行すると、電圧センサ３２からは外部直流電源４０の出力電圧に対応する信号が出力される。充電リレー２４の第１充填リレー２４ｐと第２充電リレー２４ｎの少なくとも一方が氷結していると、電圧センサ３２から信号が出力されない。コントローラ３０は、電圧センサ３２の出力の有無に基づいて充電リレー２４のリレー動作を確認することができる。充電リレー２４のリレー動作が実行可能であればステップＳ４に進み、コントローラ３０は、急速充電を実施する。充電リレー２４のリレー動作が実行不可能であればステップＳ２に進む。なお、リレー動作を確認する手法は上記例に限られず、電圧センサ３２の出力を他のロジックで判定してもよく、他のセンサ（例えば電流センサ等）の出力を用いて判定してもよい。

【0022】

ステップＳ２においてコントローラ３０は、コンデンサ３４に交流電流を通電し、コンデンサ３４をリプル加熱させる。具体的には、コントローラ３０は、インバータ１０の上スイッチング素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃのうち少なくとも１つをオンにし、コンデンサ３４を通電する。コンデンサ３４にリプル電流が流れると、内部抵抗によってコンデンサ３４が発熱し、コンデンサ３４の温度が上昇する。コンデンサ３４で発生した熱は、第１配線２３ｐと第２配線２３ｎを介して充電リレー２４まで伝熱し、充電リレー２４に付着した氷を融解させる。所定時間に亘ってリプル加熱が実行された後にステップＳ３に進む。

【0023】

ステップＳ３においてコントローラ３０は、リレー動作が実行可能か否かを再度判定する。この判定処理はステップＳ１と同様である。充電リレー２４のリレー動作が実行可能であればステップＳ４に進み、コントローラ３０は、急速充電を実施する。充電リレー２４のリレー動作が実行不可能であればステップＳ５に進み、コントローラ３０は、充電を断念し、充電不可であることを不図示の報知手段を介してユーザに知らせる。

【0024】

本明細書が開示する電気自動車２は、充電リレー２４の近傍にコンデンサ３４を設けることにより、充電リレー２４の氷結に対処することができる。コンデンサ３４をリプル加熱するときの通電は、インバータ１０を制御することで可能であり、専用回路を設ける必要がない。このように、本明細書が開示する電気自動車２は、簡易な構成で氷結による充電リレー２４の通電不良を解消することができる。

【0025】

上記回路構成は一例であり、本明細書が開示する技術は他の種類の回路構成によって実現し得る。例えば、コンデンサ３４は、充電リレー２４に熱結合可能な位置であればよく、第１配線２３ｐと第２配線２３ｎの間でなくてもよい。また、上記例では、インバータ１０を介してバッテリ３からコンデンサ３４にリプル電流を流すように構成されているが、この例に限定されない。充電リレー２４が氷結したときに、バッテリ３からコンデンサ３４にリプル電流を流すことが可能な他の様々な回路構成、例えばバッテリ３とコンデンサ３４の間にスイッチング素子が接続されている様々な回路構成を採用することができる。

【符号の説明】

【0026】

２：電気自動車、 ３：バッテリ、 １０：インバータ、 ２０：電気モータ、 ２４：充電リレー、 ２８：充電インレット、 ３０：コントローラ、 ３４：コンデンサ、 ４０：外部直流電源

【図1】

【図2】