特許 7582112 車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-05

(45)【発行日】2024-11-13

(54)【発明の名称】車両

(51)【国際特許分類】

   B60L 53/12 20190101AFI20241106BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20241106BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241106BHJP

   H02J 50/12 20160101ALI20241106BHJP

【ＦＩ】

B60L53/12

B60L1/00 L

H02J7/00 P

H02J7/00 301D

H02J50/12

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021126919

(22)【出願日】2021-08-02

(65)【公開番号】P2023021820

(43)【公開日】2023-02-14

【審査請求日】2024-01-25

(73)【特許権者】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松盛 裕志

【審査官】藤森 一真

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０４３７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１８９９５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－２１６７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１５６０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００７２１３０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｈ １／００

Ｂ６０Ｈ １／２２

Ｂ６０Ｌ １／００

Ｂ６０Ｌ ５３／１２ － ５３／１２６

Ｂ６０Ｌ ５８／２７

Ｈ０２Ｊ ５０／１０ － ５０／１２

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車室内を冷暖房するための空調用の冷媒が循環するヒートポンプと、
蓄電池と、
外部電源から供給される電力を非接触で受電して前記蓄電池に充電するとともに、前記蓄電池に蓄えられた電力を外部機器に非接触で送電することが可能な非接触充電装置と、
前記非接触充電装置を制御する制御装置と、
冷却液により前記非接触充電装置を冷却する冷却装置と、
前記冷却液と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、
を備えた車両であって、
前記制御装置は、前記冷却液の温度が所定値以下である場合に、前記冷媒を暖機する暖機制御を実行して、前記非接触充電装置が有するコンデンサの放電抵抗に前記蓄電池の電圧を印加させるとともに、前記非接触充電装置が有するインバータを作動させる
ことを特徴とする車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、外部電源から供給される電力を充電することができる車両について、車両の外部に設置された外部充電器に車両が接続された状態で車両側のバッテリの温度が低い場合に、バッテリの電力を電気ヒータに供給し、バッテリの内部発熱と電気ヒータの発熱とを利用してバッテリを暖機することが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－０４０５３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、外部充電が可能な車両では、車室内を冷暖房する空調装置として、冷媒が循環するヒートポンプを搭載することが知られている。この車両では、車両の周囲温度が極低温時に暖房を使用しようとした場合、冷媒を気化させてヒートポンプを動作させるためには、外気の熱とは別に、冷媒を気化させるための熱を液相の冷媒に与える必要がある。

【0005】

その際、特許文献１に記載された構成のように、電気ヒータの発熱を利用して暖機対象を暖機することが考えられるが、この場合には、暖機対象を暖機するための専用の電気ヒータを設けることになり、コストアップしてしまう。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、外部充電が可能な車両について、暖機対象を暖機するための専用の電気ヒータを設けることなく暖機対象を暖機することができる車両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】

【0007】

本発明は、車室内を冷暖房するための空調用の冷媒が循環するヒートポンプと、蓄電池と、外部電源から供給される電力を非接触で受電して前記蓄電池に充電するとともに、前記蓄電池に蓄えられた電力を外部機器に非接触で送電することが可能な非接触充電装置と、前記非接触充電装置を制御する制御装置と、冷却液により前記非接触充電装置を冷却する冷却装置と、前記冷却液と前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換器と、を備えた車両であって、前記制御装置は、前記冷却液の温度が所定値以下である場合に、前記冷媒を暖機する暖機制御を実行して、前記非接触充電装置が有するコンデンサの放電抵抗に前記蓄電池の電圧を印加させるとともに、前記非接触充電装置が有するインバータを作動させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明では、非接触充電装置の放電抵抗とインバータとが発熱し、その熱が冷却水に吸熱される。その冷却水の熱は熱交換器により冷媒に受け渡すことが可能である。そのため、冷媒を暖機するための専用の電気ヒータを設けることなく、非接触充電装置の放電抵抗での発熱に加え、非接触充電装置のインバータでの発熱により、冷媒を効果的に暖機することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、実施形態における車両を模式的に示すスケルトン図である。

【図2】図２は、暖機制御フローを示すフローチャート図である。

【図3】図３は、変形例における車両を模式的に示すスケルトン図である。

【図4】図４は、変形例における暖機制御フローを示すフローチャート図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における車両について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0011】

図１は、実施形態における車両を模式的に示すスケルトン図である。実施形態における車両１は、電気自動車であり、車両１の外部から供給された電力を充電可能に構成されている。車両１は、モータジェネレータ（ＭＧ）２と、バッテリ３と、システムメインリレー（ＳＭＲ）４と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６と、補機７と、充電リレー（ＣＨＲ）１０と、非接触充電装置２０と、電子制御装置（ＥＣＵ）３０と、を備える。

【0012】

モータジェネレータ２は、走行用の動力源であり、三相交流回転電機により構成されている。モータジェネレータ２はバッテリ３からの電力を用いて駆動軸を回転させる。この駆動軸は動力伝達装置と動力伝達可能に接続されているため、モータジェネレータ２から出力された動力は動力伝達装置を介して駆動輪に伝達される。また、モータジェネレータ２は回生制動によって発電することも可能である。モータジェネレータ２で発電された交流電力は、パワーコントロールユニット５により直流電力に変換されてバッテリ３に充電される。

【0013】

バッテリ３は、直流電源であり、充電および放電が可能な蓄電池である。このバッテリ３は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池により構成される。バッテリ３は、車両１の走行時に、車両１の駆動力を発生させるための電力をパワーコントロールユニット５に供給する。また、バッテリ３は、車両１の回生制動時に、モータジェネレータ２によって発電された電力を蓄える。

【0014】

システムメインリレー４は、バッテリ３とパワーコントロールユニット５との間に電気的に接続される。システムメインリレー４は、電子制御装置３０からの制御信号に応じて開放（ＯＦＦ）または閉成（ＯＮ）される。システムメインリレー４が閉成されると、バッテリ３とパワーコントロールユニット５とが導通状態になり、バッテリ３とパワーコントロールユニット５との間で電力の授受が可能になる。また、システムメインリレー４が開放されると、バッテリ３とパワーコントロールユニット５とが電気的に遮断状態になる。

【0015】

パワーコントロールユニット５は、電力変換装置である。パワーコントロールユニット５は、電子制御装置３０から入力される制御信号に応じて、バッテリ３とモータジェネレータ２との間で双方向の電力変換を行う。つまり、パワーコントロールユニット５は、バッテリ３から供給された直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ２に供給し、モータジェネレータ２で発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３に供給する。

【0016】

ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、車両１の運転時などシステムメインリレー４が閉成されている場合において、バッテリ３から補機７へ供給される直流電力を変圧する。このＤＣ／ＤＣコンバータ６は電子制御装置３０からの制御信号に応じて動作する。例えば、バッテリ３から供給される直流電力を用いて補機７を駆動する場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ６はバッテリ３から供給される直流電力を降圧し、降圧後の所定電圧の電力を補機７へ出力する。補機７は、車両１において走行以外で電力を消費する負荷である。補機７には、例えば車室内を冷暖房する空調装置が含まれる。

【0017】

充電リレー１０は、バッテリ３と非接触充電装置２０との間に電気的に接続される。充電リレー１０の開放（ＯＦＦ）および閉成（ＯＮ）は、電子制御装置３０からの制御信号に応じて制御される。充電リレー１０が閉成されると、非接触充電装置２０を用いたバッテリ３の充電が可能な状態となる。一方、充電リレー１０が開放されると、バッテリ３と非接触充電装置２０との間の電気的な接続が遮断される。

【0018】

非接触充電装置２０は、外部電源から供給される電力を非接触で受電し、この受電した電力をバッテリ３に充電する車載充電器である。外部充電を行う際、非接触充電装置２０は充電リレー１０を介してバッテリ３と電気的に接続される。この非接触充電装置２０は、コイル２１と、整流回路２２と、コンデンサ２３と、放電抵抗２４とを備える。

【0019】

コイル２１は、受電コイルであり、車両１に搭載された車載コイルである。コイル２１は、車両１の外部に設置された送電装置（送電コイル）から送電された電力を非接触で受電することができる。このコイル２１を含む非接触充電システムは、磁界共鳴方式と電磁誘導方式とのうちのどちらであってもよい。

【0020】

整流回路２２は、コイル２１から入力された電流を整流する回路である。コイル２１は整流回路２２を介してバッテリ３と電気的に接続される。

【0021】

例えば、外部充電を行う際、充電リレー１０が電子制御装置３０からの制御信号に応じてオン状態となり、非接触充電装置２０は電子制御装置３０からの制御信号に応じて外部充電を行う。その際、非接触充電装置２０では、地上側の送電コイルに交流電流を流すことにより発生した磁界を車両側のコイル２１で受けることにより電流に変換する。そして、コイル２１から整流回路２２を通して直流電流に変えてバッテリ３に充電することができる。また、コンデンサ２３は、充電リレー１０がオン状態である場合、正極線と負極線との間の電圧変動の交流成分を平滑化する。さらに、放電抵抗２４には、充電リレー１０がオン状態である場合、バッテリ３の電圧が印加される。

【0022】

電子制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースを備えたマイクロコンピュータを含んで構成されている。この電子制御装置３０はＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。電子制御装置３０には、車両１に搭載された各種センサからの信号が入力される。例えば、車速を検出する車速センサや、バッテリ３の充電状態であるＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣ検出センサなどからの信号が電子制御装置３０に入力される。そして、電子制御装置３０は、入力された信号に基づいて車両１の各種制御を実行する。その際、電子制御装置３０からは、システムメインリレー４を制御する制御信号や、パワーコントロールユニット５を制御する制御信号や、ＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する制御信号や、充電リレー１０を制御する制御信号や、非接触充電装置２０を制御する制御信号等が出力される。

【0023】

例えば、電子制御装置３０は、非接触充電装置２０を制御して、外部電源から供給される電力を非接触で受電するとともに、その受電した電力をバッテリ３に充電する外部充電制御を実行する。外部充電制御では、電子制御装置３０からの制御信号が充電リレー１０と非接触充電装置２０とに入力され、充電リレー１０がオン状態となりバッテリ３と非接触充電装置２０とを通電可能に接続するとともに、非接触充電装置２０が非接触で充電を受電できる状態に制御される。

【0024】

また、車両１は、冷却水によって非接触充電装置２０を冷却する水冷式の冷却装置を備えている。この冷却装置は、非接触充電装置２０で生じた熱を冷却水で吸熱することが可能な冷却回路を備えている。この冷却回路には、冷却水の熱を放熱する放熱部が含まれる。そのため、非接触充電装置２０で生じた熱が冷却水に吸熱されて非接触充電装置２０が冷却される。例えば、充電リレー１０がオン状態となり、バッテリ３の電圧が放電抵抗２４に印加されると、放電抵抗２４が発熱する。この放電抵抗２４で生じた熱が冷却水に吸熱される。

【0025】

また、車両１は、車室内を冷暖房する空調装置を備えている。この空調装置は、空調用の冷媒が循環するヒートポンプを含んで構成されている。ヒートポンプは、冷媒が熱輸送媒体となり、冷媒が相変化する際の潜熱を利用して吸熱および放熱を行うことが可能である。例えば、車両１の車室内を暖房する際、液化した冷媒が外気から熱を受け取って気化することによりヒートポンプの冷媒が循環し、気化した冷媒が凝縮される際の潜熱を利用して温風を車室内に送ることができる。

【0026】

また、車両１は、冷却装置の冷却水と空調装置の冷媒との間で熱交換を行う熱交換器を備えている。この熱交換器は、液化した状態の冷媒と、非接触充電装置２０により温められた冷却水との間で熱交換を行うように構成されている。すなわち、熱交換器において、冷却水の熱を冷媒に受け渡すことにより、液化した状態の冷媒の温度を上昇させることができる。つまり、この熱交換器と、非接触充電装置２０と、水冷式の冷却装置とは、冷媒を暖機するための暖機装置として機能する。例えば、冷却装置の冷却回路は、この熱交換器と、冷却水が熱交換器を通過する回路と通過しない回路とを切り替えるバルブとを含んで構成されている。電子制御装置３０は、このバルブを制御することにより、冷却水と冷媒とが熱交換可能な状態と、冷却水と冷媒とが熱交換できない状態とを切り替えることができる。

【0027】

さらに、車両１は、冷却装置における冷却水の温度を検出する温度センサを備えている。温度センサからの信号が電子制御装置３０に入力される。電子制御装置３０は、温度センサからの信号に基づいて冷却水の温度を把握することができる。例えば、冷却装置の冷却回路では、非接触充電装置２０の下流側かつ熱交換器の上流側に温度センサが設置されている。これにより、非接触充電装置２０から熱を受け取った後の冷却水であって、冷媒に熱を渡す前の冷却水の温度を測定することができる。

【0028】

また、車両１は、パワースイッチを備えている。パワースイッチは、ユーザによる車両１のシステム起動操作およびシステム停止操作を受け付ける。例えばユーザがブレーキペダルを踏み込んだ状態でシステム起動操作を行うと、パワーオン信号がパワースイッチから電子制御装置３０に出力される。電子制御装置３０は、パワーオン信号を検出すると、車両１の状態をシステム停止状態（Ｒｅａｄｙ ＯＦＦ）からシステム起動状態（Ｒｅａｄｙ ＯＮ）へと遷移させる。具体的には、電子制御装置３０は、パワーオン信号に応じてシステムメインリレー４をオフ状態からオン状態へと切り替え、バッテリ３とパワーコントロールユニット５との間での電力の授受を可能にする。

【0029】

このように構成された車両１において、車両１の周囲温度が極低温時に暖房を使用しようとした場合、冷媒を気化させるためには、外気の熱とは別に、冷媒に熱を加える必要がある。そこで、車両１では、非接触充電装置２０で生じる熱を利用して冷媒を暖機するように構成されている。

【0030】

図２は、暖機制御フローを示すフローチャート図である。図２に示す制御は電子制御装置３０により実施される。

【0031】

パワースイッチからのパワーオン信号を検出したことによりＲｅｄｙ ＯＮ状態になると、電子制御装置３０は、冷却水の水温を確認する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１では、水温センサから入力される信号に基づいて、冷却装置における冷却水の温度が特定される。

【0032】

ステップＳ１０１の処理を実施すると、電子制御装置３０は、冷却水の水温が所定温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。所定温度は、予め設定された値である。このステップＳ１０２では、空調用の冷媒を暖機する必要があるか否かが判定される。すなわち、冷媒の暖機要求があるか否かを判定することになる。

【0033】

冷却水の水温が所定温度よりも高い場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。この場合、冷媒の暖機要求はないものと判断される。

【0034】

一方、冷却水の水温が所定温度以下である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、電子制御装置３０は、充電リレー１０をオン状態にする（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３では、充電リレー１０がオフ状態からオン状態に切り替えられる。充電リレー１０がオン状態になると、バッテリ３と非接触充電装置２０との間が通電可能に接続されるため、バッテリ３の電圧が放電抵抗２４に印加されることになる。そのため、ステップＳ１０３の処理を実施すると、放電抵抗２４が発熱し、その熱が冷却水に吸収される。これにより、冷却水の温度が上昇する。

【0035】

ステップＳ１０３の処理を実施すると、電子制御装置３０は、冷却水の水温を確認する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４では、温度センサから入力される信号に基づいて、冷却水における現在の水温が特定される。

【0036】

ステップＳ１０４の処理を実施すると、電子制御装置３０は、冷却水の水温が所定温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ステップ１０５では、ステップ１０４で検出した水温に基づいて所定温度との比較が行われる。この所定温度は、例えばステップＳ１０２で用いられる所定温度と同じ値である。

【0037】

ステップＳ１０５において冷却水の水温が所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、この制御ルーチンはステップＳ１０４にリターンする。

【0038】

ステップＳ１０５において冷却水の水温が所定温度よりも高いと判定された場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、電子制御装置３０は、充電リレー１０をオフ状態にする（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６では、充電リレー１０がオン状態からオフ状態に切り替えられる。充電リレー１０がオフ状態となることにより、バッテリ３と非接触充電装置２０との間の電気的な接続が遮断される。充電リレー１０がオン状態からオフ状態に切り替わると、コンデンサ２３の電荷が放電抵抗２４で消費される。ステップＳ１０６の処理を実施すると、この制御ルーチンは終了する。この場合、冷媒の暖機要求はないものと判断される。

【0039】

以上説明した通り、実施形態によれば、車両１の車室内を暖房する際、非接触充電装置２０での発熱を利用して空調用の冷媒を暖機することが可能である。これにより、専用の電気ヒータを設けることなく冷媒を暖機することができる。そのため、電気ヒータの分だけコストアップを抑制することができる。さらに、車両１が外部電源に物理的に接続されていなくても車両側で暖機制御を実行可能であるため、車両１が走行中でも冷媒を暖機することができる。

【0040】

また、車両１において、非接触充電装置２０は、外部電源から供給される電力の充電だけでなく、外部機器へ電力を供給することが可能であってもよい。つまり、非接触充電装置２０は、非接触での外部充電および外部放電が可能な非接触式の双方向充電器であってもよい。

【0041】

そこで、車両１の変形例として、非接触充電装置２０が非接触式の双方向充電器により構成された場合について、図３と図４とを参照して説明する。なお、変形例の説明では、上述した実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

【0042】

図３は、変形例における車両を模式的に示すスケルトン図である。変形例の車両１において、非接触充電装置２０は、コイル２１と、インバータ２５と、コンデンサ２３と、放電抵抗２４とを備えている。

【0043】

コイル２１は、外部充電する際に受電コイルとして機能し、外部放電する際に送電コイルとして機能するものである。

【0044】

インバータ２５は、ＡＣ／ＤＣコンバータとして機能する電力変換装置である。このインバータ２５は、電子制御装置３０から入力される制御信号に応じて、バッテリ３とコイル２１との間で双方向の電力変換を行う。つまり、インバータ２５は、外部放電時にはバッテリ３から供給された直流電力を交流電力に変換してコイル２１に供給し、外部充電時にはコイル２１で受電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３に供給する。

【0045】

電子制御装置３０は、インバータ２５を制御することができる。そして、冷却装置は、冷却水によりインバータ２５とコイル２１とを冷却するように構成されている。そのため、電子制御装置３０が暖機制御を実行して冷媒を暖機する際、放電抵抗２４の発熱に加えて、インバータ２５の発熱とコイル２１の発熱とを利用することができる。つまり、車両１では冷媒を暖機する場合、放電抵抗２４で生じた熱に加えて、インバータ２５で生じた熱とコイル２１で生じた熱とを、冷却水を介して冷媒に与えることができる。

【0046】

図４は、変形例における暖機制御フローを示すフローチャート図である。図４に示す制御は電子制御装置３０により実施される。なお、図４に示すステップＳ２０１～Ｓ２０３は、図２に示すステップＳ１０１～Ｓ１０３と同様の処理であるため、説明を省略する。

【0047】

図４に示すように、ステップＳ２０３の処理を実施すると、電子制御装置３０は、非接触充電装置２０のインバータ２５を駆動させる（ステップＳ２０４）。ステップＳ２０４では、電子制御装置３０からインバータ２５に制御信号が出力されることにより、インバータ２５が駆動される。

【0048】

ステップＳ２０４の処理を実施すると、電子制御装置３０は、冷却水の水温を確認する（ステップＳ２０５）。ステップＳ２０５では、充電リレー１０がオン状態かつインバータ２５が駆動した状態において、温度センサから入力される信号に基づいて、冷却水における現在の水温が特定される。

【0049】

ステップＳ２０５の処理を実施すると、電子制御装置３０は、冷却水の水温が所定温度以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ステップ２０６では、ステップ２０５で検出した水温に基づいて所定温度との比較が行われる。この所定温度は、例えばステップＳ２０２で用いられる所定温度と同じ値である。

【0050】

ステップＳ２０６において冷却水の水温が所定温度以下であると判定された場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、この制御ルーチンはステップＳ２０５にリターンする。

【0051】

ステップＳ２０６において冷却水の水温が所定温度よりも高いと判定された場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、電子制御装置３０は、インバータ２５を停止させる（ステップＳ２０７）。ステップＳ２０７では、電子制御装置３０からインバータ２５への制御信号の出力が停止される。

【0052】

ステップＳ２０７を実施すると、電子制御装置３０は、充電リレー１０をオフ状態にする（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０８では、インバータ２５が停止された状態において、充電リレー１０がオン状態からオフ状態に切り替えられる。充電リレー１０がオフ状態となることにより、バッテリ３と非接触充電装置２０との間の電気的な接続が遮断される。ステップＳ２０８の処理を実施すると、この制御ルーチンは終了する。この場合、冷媒の暖機要求はないものと判断される。

【0053】

この変形例によれば、非接触充電装置２０が双方向充電器により構成されている場合には、放電抵抗２４の発熱に加えてインバータ２５の発熱とコイル２１の発熱とを利用することにより、冷媒を効果的に暖機することができる。これにより、冷却水の水温を上昇させるための時間を短縮することができる。

【符号の説明】

【0054】

１ 車両
２ モータジェネレータ
３ バッテリ
４ システムメインリレー（ＳＭＲ）
５ パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０ 充電リレー（ＣＨＲ）
２０ 非接触充電装置
２１ コイル
２２ 整流回路
２３ コンデンサ
２４ 放電抵抗
２５ インバータ
３０ 電子制御装置（ＥＣＵ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】