JP2010028963A - 電気自動車システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イグニッションがONされたら通信手段(カーナビゲーション)5によって位置情報及び日時情報を取得する。ECU4aは、カーナビゲーションが取得した位置情報及び日時情報とその位置情報から判断した標高とに基づいて、その地点の予想気温情報を検索する。次に、ECU4aは、予想気温情報に基づいてバッテリ1におけるSOCの使用可能な上限値と下限値を決定してSOCの使用可能範囲を拡大する。
【選択図】図5
Description
なお、電気自動車システムでは、外気の温度が高ければ、蓄電装置の温度は高くなる傾向がある。また、外気の温度が低ければ、蓄電装置の温度は低くなる傾向がある。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電気自動車システムの構成図である。この電気自動車システム10aは、電気自動車の駆動用電源となるバッテリ(蓄電装置)1と、バッテリ1の直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ2と、インバータ2から出力された三相交流電圧によって回転駆動して電気自動車を走行させる走行モータ3と、電気自動車システム10a全体の制御を行うECU(Electronic Control Unit:使用可能範囲決定手段、蓄電装置温度取得手段及び使用可能範囲拡大手段)4とを備えて構成されている。なお、バッテリ1は、リチウム−イオン電池などの単位セルが組み合わされた組電池によって例えば250Vの高圧電圧を発生する。
第1の実施形態では、バッテリ1は、図示しないバッテリボックスに収納されており、バッテリ1の温度は、蓄電装置温度取得手段が、バッテリボックスの中の雰囲気の温度を測定するか、バッテリ1の温度を直接測定するなどにより取得される。ちなみに、バッテリボックスは、換気されるのが一般的である。また、このバッテリボックスの温度(バッテリ1の温度)は、気温が高くなれば高くなり、気温が低くなれば低くなる傾向がある。
ちなみに、SOCの使用可能範囲が広がった場合、回生発電による充電を多く行えるようになるので燃費が向上する。
前提として、次の3つの機能が車両側に備わっている。
1.現在の自身の位置情報(緯度・経度)を取得できるナビゲーション機能
2.現在の日時情報を取得できるカレンダ機能
3.位置情報と日時情報とに対応付けて、過去におけるその位置のその日時における気温(過去n年間の平均気温など)情報が登録されたデータベース機能
前提として、次の2つの機能を車両側に備えている。
1.現在の自身の位置(緯度・経度)を取得できるナビゲーション機能
2.現在の日時情報を取得できるカレンダ機能
3.位置を基に、その位置における気象予報情報(現在の気象情報を含む)を提供する図示しないシステム(気象システム)から通信機能を用いて気象予報情報を取得する機能
本発明の第1の実施形態によれば、バッテリ1の劣化が抑制される低温環境下において、バッテリ1の使用領域を拡大させることで、バッテリ1の容量を有効利用できる。これに伴い、バッテリ1の小型化や、走行モータ3の回生電力の回収を増やすことができる。
図1に示す第1の実施形態の電気自動車システムの構成では、ECU4(図1)が、バッテリ1の温度T(又はバッテリボックス内の雰囲気温度)を直接検出し、温度Tに対応したSOCの上限値と下限値とに基づいてバッテリ制御を行っているが、図5を参照して詳細を後記する第2の実施形態の電気自動車システム10bでは、蓄電装置温度取得手段としてのECU4aは、通信機能を有しているカーナビゲーションなどの通信手段を備えている。これにより、ECU4aは、通信手段が取得した位置情報や日時情報を基に、気温に関する情報である予想気温情報を取得し、この予想気温情報によって求められたSOCの上限値と下限値とに基づいてバッテリ制御を行う。
なお、この第2実施形態は、バッテリ1の温度は、気温が高くなれば高くなり、逆に気温が低ければ低くなるという前記した傾向を利用した制御を行う実施形態である。また、この第2実施形態は、気温に関する情報を車両に搭載する温度センサで測定するのではなく、外部から取得して制御に利用する実施形態である。
例えば、東京において、7月30日の午前10時にイグニッションがOFFにされた場合、予想気温情報を取得し、その日の最高気温が35℃となることがわかり、また、SOCが、その温度に対応する充電目標SOCをオーバしてしまうときは、イグニッションOFF後にもSOCが充電目標SOCとなるまで、ECU4aが、バッテリボックスのファンを回してSOCを低下させるとともに、温度が上昇しないようにする。その際には、ECU4aが、バッテリ1からダウンコンバータ(図示せず)を介して12V機器であるファンをまわす。又は、バッテリ1からダウンコンバータを介して12Vバッテリ(図示せず)に充電し、12Vバッテリを利用してファンをまわしてもよい。このようにして、ECU4aは、その35℃に対応したSOCになるように充電(放電)を行う。ちなみに、夏場の気温が35℃であれば、バッテリ1の温度はそれよりも高くなるので、そのことを考慮するものとする。
ちなみに、ステップS12〜S15における予想気温情報は、現在時刻に対応したものであり、ステップS17における予想気温情報は、未来時刻に対応したものである。
また、最高気温になるときの気象が、晴れ、曇り、雨などであるのかという情報も取得して制御に反映してもよい。例えば、晴れのときは気温以上にバッテリ温度が高くなると思われるので、ECU4aは、そのようなことを反映した制御を行う。また、例えば、雨のときは気温以上にバッテリ温度が高くなることはないと思われるので、ECU4aは、そのようなことを反映した制御を行う。なお、この処理は、前記した第1実施形態にも適用できる。
ちなみに、ステップS22〜S24における予想気温情報は、現在時刻に対応したものであり、ステップS26における予想気温情報は、未来時刻に対応したものである。
また、前記したように最高気温になるときの気象が、晴れ、曇り、雨などであるのかという情報も取得して制御に反映してもよい。例えば、晴れのときは気温以上にバッテリ温度が高くなると思われるので、ECU4aは、そのようなことを反映した制御を行う。また、例えば、雨のときは気温以上にバッテリ温度が高くなることはないと思われるので、ECU4aは、そのようなことを反映した制御を行う。
本発明の第2の実施形態によれば、バッテリ1の温度と気温に関連性があることを利用して、気温(イグニッションONのときは現在時刻の予想気温/イグニッションOFF時のときは将来時刻における予想気温(最高気温))に応じて、バッテリ1の使用可能範囲を変更することにより、効率的にバッテリ1の使用可能範囲を拡大できる。また、実測に比べバッテリ1の発熱や、他の車載電気機器の熱の影響を受けないため、安定した使用可能範囲を設定できる。
本発明に係る第3の実施形態では、電気自動車に搭載される燃料電池システムについて説明する。図9は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。この燃料電池システム20は、例えば、燃料電池6とバッテリ1とを電源として走行するハイブリッド車両などに利用される。
なお、この第3実施形態も、前記した第2実施形態と同様に、バッテリ1の温度は、気温が高くなれば高くなり、逆に気温が低ければ低くなるという前記した傾向を利用した制御を行う実施形態である。また、この第3実施形態は、気温を車両に搭載する温度センサで測定するのではなく、外部から取得して制御に利用する実施形態である。
例えば、札幌において、1月30日の夜8時にイグニッションがOFFにされた場合、予想気温情報を取得し、その日の最低気温が−15℃となることがわかれば、その−15℃に対応したSOCになるように充電(放電)を行う。ちなみに、冬場の気温が−15℃であれば、バッテリ1の温度はそれよりも高くなるので、そのことを考慮するものとする。
ちなみに、ステップS32〜S37における予想気温情報は、現在時刻に対応したものであり、ステップS39における予想気温情報は、未来時刻に対応したものである。
また、最高気温になるときの気象が、晴れ、曇り、雨などであるのかという情報も取得して制御に反映してもよい。例えば、晴れのときは気温以上にバッテリ温度が高くなると思われるので、ECU4bは、そのようなことを反映した制御を行う。また、例えば、雨のときは気温以上にバッテリ温度が高くなることはないと思われるので、ECU4bは、そのようなことを反映した制御を行う。
ちなみに、ステップS42〜S46における予想気温情報は、現在時刻に対応したものであり、ステップS48における予想気温情報は、未来時刻に対応したものである。
また、最高気温になるときの気象が、晴れ、曇り、雨などであるのかという情報も取得して制御に反映してもよい。例えば、晴れのときは気温以上にバッテリ温度が高くなると思われるので、ECU4bは、そのようなことを反映した制御を行う。また、例えば、雨のときは気温以上にバッテリ温度が高くなることはないと思われるので、ECU4bは、そのようなことを反映した制御を行う。
本発明の第3の実施形態によれば、蓄電装置におけるSOCの使用可能範囲の拡大にともない、車両の過大な電力要求に対してもバッテリによって対応が可能となり、燃料電池の発電能力の上限値を超えて発電を行うことを防止することができるので、車両の燃費向上が期待できる。また、電気自動車システム内の抵抗負荷などで暖機時に発生した電力を消費することがなくなり、電力の有効利用を図ることができる。また、暖機時に発生した電力の受け入れ先の容量が増加するため、暖機運転を長時間にわたって行なうことができる。また、SOCの使用可能範囲が広がった場合、加速時に燃料電池の発電量の遅れが生じるときなど、バッテリ1から多く放電できるので、発電量の不足を補って、ドライバにパワー不足と思わせるような場面を少なくできる。
本発明の各実施形態による電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池電気自動車によれば、温度が低いときには、バッテリのSOCの使用可能範囲を拡大することにより、効率的なバッテリの使用を可能とする。
また、本発明の各実施形態による電気自動車、ハイブリッド車両及び燃料電池電気自動車によれば、バッテリに設置した温度センサから取得したバッテリの温度情報を使用し、又は通信機能を有したカーナビゲーションや携帯電話どの通信手段を使用し、現在位置の予想気温情報を取得し、温度情報や予想気温情報に基づいて使用するSOCの上限値及び下限値の両方又は片方を変化させ、SOCの使用可能範囲を可変制御してバッテリ制御を行うことができる。あるいは、取得した温度情報や予想気温情報に基づいて、バッテリの上限電圧及び下限電圧の両方又は片方を変化させてバッテリ制御を行うこともできる。
一般的に、温度の高い状態でバッテリを高い充電状態や高電圧で放置するとそのバッテリが劣化し、温度が低いときにはバッテリの劣化が抑制されることが知られている。そこで、本発明の各実施形態における電気自動車システムは、バッテリの使用環境における温度を検知又は推測して、当該温度が低いときにはバッテリのSOCの下限値を引き下げ、SOCの上限値を引き上げることにより、SOCの使用可能範囲を広げてバッテリを使用している。これにより、バッテリの容量を有効に使用することが可能となり、かつバッテリ寿命が短縮することを防止することが可能となる。
なお、位置情報と日時情報を用いることとしたが、日時情報はかならずしも必須ではない。車両から位置情報を明示したアクセスがあった場合、アクセスを受けたシステム側で日時がわかるからである。
2 インバータ
3 走行モータ
4、4a、4b ECU(使用可能範囲決定手段、蓄電装置温度取得手段及び使用可能範囲拡大手段)
5 通信手段
6 燃料電池(発電装置、充電装置)
6a 暖気手段
7 電力分配装置
8 エアコンプレッサ
9 水素供給装置
10a、10b 電気自動車システム
20 燃料電池システム
Claims (9)
- 蓄電装置と、
充電装置と、
前記蓄電装置から出力された電力の供給によって駆動する走行モータと、
前記蓄電装置の蓄電量又は電圧値の使用可能範囲を決定する使用可能範囲決定手段と、
前記蓄電装置の温度又は外気の温度が低くなるにつれて、前記使用可能範囲を拡大させる使用可能範囲拡大手段と
を備えることを特徴とする電気自動車システム。 - 前記外気の温度は、気象予報情報又は気象観測データから取得すること
を特徴とする請求項1に記載の電気自動車システム。 - 前記温度が低くなるにつれて前記使用可能範囲の上限値を上昇させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電気自動車システム。
- 前記温度が低くなるにつれて前記使用可能範囲の下限値を下降させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電気自動車システム。
- 前記使用可能範囲拡大手段は、拡大後の前記使用可能範囲を100パーセントとして、蓄電量又は電圧値の使用範囲をパーセントによって算出することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電気自動車システム。
- 前記走行モータに電力を供給する発電装置が前記蓄電装置に並列接続されたハイブリッド車両であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電気自動車システム。
- 前記走行モータに電力を供給する発電装置が前記蓄電装置に並列接続されたハイブリッド車両において、
前記使用可能範囲拡大手段が使用可能範囲の上限値を上昇させたとき、前記発電装置の発電量を増加させて前記蓄電装置に充電を行うことを特徴とする請求項6に記載の電気自動車システム。 - 前記発電装置は反応ガスを供給することによって発電する燃料電池であり、
前記燃料電池は、低温時に反応ガスを過剰に供給して発電量を増加させることで暖機する暖機手段を備え、
前記蓄電装置は、前記暖機手段の実行時における発電電力を前記使用可能範囲拡大手段により使用可能範囲を拡大させた領域に少なくとも一部を蓄電することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の電気自動車システム。 - 前記走行モータが前記充電装置を兼ねることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電気自動車システム。
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