JP2010041847A - 複合電源を用いた電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】消費電力の変動にかかわらず電源の劣化を抑え、電源の長寿命化を図ること。
【解決手段】駆動輪を駆動する電動機8,9を備え、大容量蓄電装置21と大出力蓄電装置22を複合電源として用いた電動車両は、大容量蓄電装置21の電動機8,9への放電量を調整する放電量調整手段23と、大出力蓄電装置22の電動機8,9への放電量及び電動機8,9から大出力蓄電装置22に対する充電量を調整する充放電量調整手段24と、放電量調整手段23及び充放電量調整手段24を制御する制御装置11とを備える。制御装置11は、走行時に必要な平均電力を大容量蓄電装置21が電動機8,9に放電するように放電量調整手段23を制御し、加速時の不足電力を大出力蓄電装置22が電動機8,9に放電し、減速時の回生電力を電動機8,9から大出力蓄電装置22へ充電するように充放電量調整手段24を制御する。
【選択図】 図2
【解決手段】駆動輪を駆動する電動機8,9を備え、大容量蓄電装置21と大出力蓄電装置22を複合電源として用いた電動車両は、大容量蓄電装置21の電動機8,9への放電量を調整する放電量調整手段23と、大出力蓄電装置22の電動機8,9への放電量及び電動機8,9から大出力蓄電装置22に対する充電量を調整する充放電量調整手段24と、放電量調整手段23及び充放電量調整手段24を制御する制御装置11とを備える。制御装置11は、走行時に必要な平均電力を大容量蓄電装置21が電動機8,9に放電するように放電量調整手段23を制御し、加速時の不足電力を大出力蓄電装置22が電動機8,9に放電し、減速時の回生電力を電動機8,9から大出力蓄電装置22へ充電するように充放電量調整手段24を制御する。
【選択図】 図2
Description
この発明は、大容量蓄電装置と大出力蓄電装置とを含む複合電源を用いた電動車両に関する。
従来、この種の技術として、下記の特許文献1乃至3に記載された技術が知られている。特に、特許文献1に記載の電気自動車のハイブリッドシステムでは、電源(2次電池)とコンデンサへの充放電を切り替える切替手段を有し、回生制御による充電モードのときには、電源への充電を制限してコンデンサへの充電負担を大きくするようになっている。特に、電気自動車の減速時に上記の充電制御を行うようになっている。すなわち、このシステムでは、充放電量の変動に即応できる大出力蓄電装置であるコンデンサ(キャパシタ)を電源と組み合わせて使用することで、加減速による放電、充電の何割かをコンデンサに負担させ、電源負担を低減して電源劣化を減少させるようにしている。
ところが、特許文献1に記載のシステムでは、電源(2次電池)の充放電量の変動が大きく、電源寿命が短くなるおそれがあった。すなわち、加減速走行の何割か、あるいは、定速走行の全てにつき電源から電動機へ電力を供給しているため、運転状態の変動による影響を受けて充放電量が小刻みに変動して電源が劣化するおそれがあった。特に、2次電池は、急速な充放電を繰り返すと劣化が進み、寿命が短くなるおそれがある。
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、消費電力の変動の有無にかかわらず電源の劣化を抑え、電源の長寿命化を図ることを可能とした複合電源を用いた電動車両を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、駆動輪と、駆動輪を駆動する電動機とを備え、大容量蓄電装置と大出力蓄電装置を複合電源として用いた電動車両において、大容量蓄電装置の電動機と大出力蓄電装置に対する放電量を調整するための放電量調整手段と、大出力蓄電装置の電動機と大容量蓄電装置に対する放電量及び電動機から大出力蓄電装置に対する充電量を調整するための充放電量調整手段と、放電量調整手段及び充放電量調整手段を制御するための制御装置とを備え、制御装置は、走行時に必要な平均電力を大容量蓄電装置が電動機に放電するように放電量調整手段を制御し、加速時を含む高負荷時の不足電力を大出力蓄電装置が電動機に放電し、軽負荷時の余剰電力を大容量蓄電装置から大出力蓄電装置へ充電するように充放電量調整手段を制御し、減速時の回生電力を電動機から大出力蓄電装置へ充電するように充放電量調整手段を制御することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、大容量蓄電装置と大出力蓄電装置を複合電源として用いた電動車両において、制御装置は、電動車両の走行時には、必要な平均電力を大容量蓄電装置が電動機に放電するように放電量調整手段を制御する。また、制御装置は、電動車両の加速時を含む高負荷時には、不足電力を大出力蓄電装置が電動機に放電し、軽負荷時には、余剰電力を大容量蓄電装置から大出力蓄電装置へ充電するように充放電量調整手段を制御する。また、制御装置は、電動車両の減速時には、回生電力を電動機から大出力蓄電装置へ充電するように充放電量調整手段を制御する。従って、電動車両の走行時には、大容量蓄電装置が平均電力で放電することから、放電量の変動が抑えられる。また、大容量蓄電装置の放電量だけでは不足する電力は、大出力蓄電装置の放電により補われる。更に、大出力蓄電装置の蓄電量は、電動機による回生電力により補われる。
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、制御装置は、走行時間及び消費電力量、並びに、大出力蓄電装置の蓄電残量に基づき大容量蓄電装置による放電量を算出し、その算出された放電量を大容量蓄電装置から放電させるために放電量調整手段を制御することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、大容量蓄電装置による放電量は、走行時間及び消費電力量、並びに、大出力蓄電装置の蓄電残量に応じて調整され、急激な変動が抑えられる。
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、制御装置は、走行時間及び消費電力量、大出力蓄電装置の蓄電残量、並びに電動車両の運転状態に基づき大出力蓄電装置による放電量を算出し、その算出された放電量を大出力蓄電装置から放電させるために充放電量調整手段を制御することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、大出力蓄電装置による放電量は、走行時間及び消費電力量、大出力蓄電装置の蓄電残量、並びに電動車両の運転状態に応じて調整され、急激な変動が抑えられる。
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、制御装置は、走行時間及び消費電力量に基づき平均電力を算出し、その算出された平均電力を基準値として、大出力蓄電装置の蓄電残量が第1の所定値以上のときに基準値より小さい値の電力を大容量蓄電装置から放電させ、蓄電残量が第1の所定値より小さい第2の所定値以下のときに基準値より大きい値の電力を大容量蓄電装置から放電させ、蓄電残量が第1の所定値と第2の所定値との間の値となるときに基準値と等しい電力を大容量蓄電装置から放電させるように、充電量調整手段を制御することを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、大容量蓄電装置からの放電量は、大出力蓄電装置の蓄電残量の多少に応じ、平均電力を基準値として増減調整される。
上記目的を達成するために、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、平均電力を算出するために、制御装置が短期の走行時間を想定するか長期の走行時間を想定するかを選択するために操作される選択手段を更に備えたことを趣旨とする。
上記発明の構成によれば、請求項4に記載の発明の作用に加え、運転者が選択操作手段を操作することで、短期又は長期の走行時間に応じた平均電力が算出される。
請求項1に記載の発明によれば、消費電力の変動の有無にかかわらず大容量蓄電装置の劣化を抑えることができ、大容量蓄電装置の長寿命化を図ることができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の効果に加え、大出力蓄電装置の蓄電残量に合わせて大容量蓄電装置から安定した放電を行うことができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の効果に加え、運転状態及び大出力蓄電装置の蓄電残量に合わせて大出力蓄電装置から安定した放電を行うことができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1に記載の効果に加え、大出力蓄電装置の蓄電残量に過不足が生じることを防止することができる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項4に記載の効果に加え、大容量蓄電装置からの安定した放電と、変動を許容した放電を必要に応じて選択することができる。
以下、本発明の複合電源を用いた電動車両を具体化した一実施形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1に、この実施形態の電動車両1を概略構成図により示す。この電動車両1は、左右一対の操舵輪2,3と、それら操舵輪2,3を操作するためのハンドル4を含む操舵装置5と、左右一対の駆動輪6,7と、各駆動輪6,7を駆動するための一対の電動機8,9とを備える。各電動機8,9の出力軸8a,9aは、対応する駆動輪6,7に連結される。各電動機8,9として、直流モータを使用することができるが、インバータを使えば交流モータを使用することもできる。この他、電動車両1は、各電動機8,9に電力と駆動信号を供給する電力供給装置10と、この電力供給装置10を制御するための制御装置11とを備える。この電動車両1には、その運転状態を検出するために、各電動機8,9の回転を各駆動輪6,7の回転としてそれぞれ検出する回転センサ12,13と、操舵装置5に設けられて操舵輪2,3の舵角を検出する舵角センサ14と、電動車両1の車速を検出する車速センサ15と、運転者の加速操作を検出するアクセルセンサ16と、運転者の減速操作を検出するブレーキセンサ17と、運転者が走行モードを選択するために操作されるモード選択スイッチ18とを備える。回転センサ12,13は、各電動機8,9の回転数Nmを検出するようになっている。アクセルセンサ16は、アクセルペダル19の開度(アクセル開度)ACPを検出し、ブレーキセンサ17は、ブレーキペダル20の踏力BTfを検出するようになっている。各センサ等12〜18は制御装置11に接続される。制御装置11は、電動車両1を制御するために、すなわち各電動機8,9を制御するために、各センサ等12〜18からの検出信号に基づき電力供給装置10を制御するようになっている。
図2に、電動車両1の電気的構成をブロック図により示す。電力供給装置10は、大容量蓄電装置21、大出力蓄電装置22、放電量調整手段23及び充放電量調整手段24を備える。大容量蓄電装置21と大出力蓄電装置22は複合電源を構成する。放電量調整手段23は、大容量蓄電装置21の放電量を調整し、充放電量調整手段24は、大容量蓄電装置22の充電量及び放電量を調整するようになっている。制御装置11は、放電量調整手段23及び充放電量調整手段24を制御するようになっている。ここで、大容量蓄電装置21は、電動車両1の走行時における平均電力を放電量調整手段23を介して放電することにより電動機8,9に電力を供給するように構成される。大出力蓄電装置22は、電動車両1の加速時に充放電量調整手段24を介して放電することにより電動機8,9に電力を供給し、電動車両1の減速時に電動機8,9にて発生する電力(回生電力)を充放電量調整手段24を介して充電することにより、大容量蓄電装置21にかかる電気負荷を平準化するように構成される。大容量蓄電装置21として、リチウムイオン電池等からなる2次電池を使用することができ、大出力蓄電装置22として、キャパシタ(コンデンサ)を使用することができる。また、放電量調整手段23として、昇降圧コンバータを使用することができ、充放電量調整手段24として、双方向昇降圧コンバータを使用することができる。
この実施形態で、制御装置11に、走行時間、消費電力量、大出力蓄電装置22の蓄電残量、アクセル開度ACP、ブレーキ踏力BTf及び車速(回転数Nm)が入力されるようになっている。アクセル開度ACP、ブレーキ踏力BTf及び車速(回転数Nm)は、電動車両1の運転状態を示すパラメータである。制御装置11は、電動車両1の走行時間及び消費電力量、並びに、大出力蓄電装置22の蓄電残量に基づき放電量を算出し、その算出された放電量を大容量蓄電装置21から放電させるために放電量調整手段23を制御するようになっている。また、制御装置11は、電動車両1の走行時間及び消費電力量、大出力蓄電装置22の蓄電残量並びに電動車両1の運転状態に基づき放電量を算出し、その算出された放電量を大出力蓄電装置22から放電させるために充放電量調整手段24を制御するようになっている。
ここで、電動車両1の走行時間として、短期間又は長期間の走行モードが想定される。モード選択スイッチ18は、本発明の選択手段に相当し、平均電力を算出するために、制御装置11が短期の走行時間を想定するか長期の走行時間を想定するかを運転者が選択するために操作されるものである。例えば、毎日の通勤等である程度決まった道を電動車両1で長期間走行するような場合は、運転者がモード選択スイッチ18を操作することで、長期間の走行モードが走行時間として選択される。一方、初めての道を電動車両1で短期間走行するような場合は、運転者がモード選択スイッチ18を操作することで、短期間の走行モードが走行時間として選択される。
上記した電動車両1の消費電力量は、制御装置11が各電動機8,9における電流値と電圧値の積を積分することで求めることができる。大出力蓄電装置22の蓄電残量は、同装置22の電圧値から算出することができる。制御装置11は、各センサ等12〜18による車速(回転数Nm)、アクセル開度ACP及びブレーキ踏力BTfの検出信号に基づき、電動車両1が必要とする電力、運転状態を判断し、その必要な電力と大出力蓄電装置22から放電される電力との差を充放電量調整手段24を介して大出力蓄電装置22から電動機8,9へ放電させるようになっている。運転者による加速度及び一定速度の要求はアクセル開度ACPに反映される。アクセル開度ACPが大きいほど、その加速度の要求値は高く、電動車両1が必要とする電力も大きくなる。制御装置1は、アクセル開度ACPの検出信号から必要な電力を判断し、電動機8,9への供給電力を決定するようになっている。
ここで、大容量蓄電装置21による放電量DVdを算出するために制御装置11が実行する処理内容を、図3に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ100で、制御装置11は、放電量DVdのための基準値SVを算出する。この基準値SVは、走行時間当たりの消費電力量を算出することで求められる。その後、ステップ110で、制御装置11は、大出力蓄電装置22の蓄電残量RVを検出する。
次に、ステップ120で、制御装置11は、上記検出された蓄電残量RVが第1の所定値R1より大きいか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、処理をステップ130へ移行し、判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、処理をステップ180へ移行する。
ステップ120から移行してステップ130で、制御装置11は、上記検出された蓄電残量RVが第2の所定値R2より小さいか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ140で、上記算出された基準値SVを放電量DVdとして算出し、ステップ100の処理へ戻る。
一方、ステップ130の判断結果が肯定となる場合、ステップ150で、制御装置11は、上記検出された蓄電残量RVが第4の所定値R4より小さいか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ160で、上記算出された基準値SVに補正値βを加算した値を放電量DVdとして算出し、ステップ100の処理へ戻る。
一方、ステップ150の判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、ステップ170で、上記算出された基準値SVに補正値δを加算した値を放電量DVdとして算出し、ステップ100の処理へ戻る。
これに対し、ステップ120から移行してステップ180では、制御装置11は、上記検出された蓄電残量RVが第3の所定値R3より大きいか否かを判断する。この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ190で、上記算出された基準値SVから補正値αを減算した値を放電量DVdとして算出し、ステップ100の処理へ戻る。
一方、ステップ180の判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、ステップ200で、上記算出された基準値SVから補正値γを減算した値を放電量DVdとして算出し、ステップ100の処理へ戻る。
なお、上記した各所定値R1〜R4及び各補正値α,β,γ,δの関係は、それぞれ「γ>α>0,δ>β>0」及び「R3>R1>R2>R4」となる。制御装置11は、放電量調整手段23の出力電圧V1と電動機8,9の誘導起電圧Vmとの差に応じて放電量調整手段23を制御することにより、大容量蓄電装置21の放電量DVdを調整するようになっている。
次に、大出力蓄電装置22による充電量及び放電量を算出するために制御装置11が実行する処理内容を、図4に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ300で、制御装置11は、アクセルペダル19が踏み込まれたか否かを判断する。制御装置11は、この判断をアクセルセンサ16の検出信号に基づいて行う。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、処理をステップ310へ移行し、この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、処理をステップ340へ移行する。
ステップ300から移行してステップ310で、制御装置11は、アクセル開度ACPが所定値A1より大きいか否かを判断する。この所定値A1は、アクセル開度ACPが相対的に大きいこと、すなわち加速要求が大きいことを意味する。この判断結果が肯定となる場合、ステップ320で、制御装置11は、所定のマップ(関数データ)を参照することでアクセル開度ACPに比例した放電量DVcを算出し、ステップ300の処理へ戻る。
ステップ310の判断結果が否定となる場合、ステップ330で、制御装置11は、所定のマップ(関数データ)を参照することでアクセル開度ACPに反比例した充電量CVcを算出し、ステップ300の処理へ戻る。
一方、ステップ300から移行してステップ340では、制御装置11は、所定のマップ(関数データ)を参照することでブレーキ踏力BTfに比例した充電量CVcを算出し、ステップ300の処理へ戻る。
なお、制御装置11は、充放電量調整手段24の出力電圧V2と電動機8,9の誘導起電圧Vmとの差に応じて充放電量調整手段24を制御することにより、大出力蓄電装置22の放電量DVcを調整するようになっている。また、制御装置11は、充放電量調整手段24の大出力蓄電装置側の電圧V3と大出力蓄電装置22の電圧Vcとの差に応じて充放電量調整手段24を制御することにより、大出力蓄電装置22の充電量CVcを調整するようになっている。
次に、大容量蓄電装置21の電圧Vdを調整するために制御装置11が実行する放電量調整手段23の制御内容を、図5に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ400で、制御装置11は、電動機8,9の回転数Nmが所定値N1より大きいか否かを判断する。この所定値N1は、回転数Nmが相対的に高いこと、すなわち電動車両1の車速がある程度高いことを意味する。
ステップ400の判断結果が肯定となる場合、ステップ410で、制御装置11は、上記算出された放電量DVdに基づき放電量算出手段23を制御することにより、大容量蓄電装置21の電圧Vdを昇圧させ、ステップ400の処理へ戻る。
一方、ステップ400の判断結果が否定となる場合、ステップ420で、制御装置11は、上記算出された放電量DVdに基づき放電量算出手段23を制御することにより、大容量蓄電装置21の電圧Vdを降圧させ、ステップ400の処理へ戻る。
次に、大出力蓄電装置22の電圧Vcを調整するために制御装置11が実行する制御内容を、図6に示すフローチャートを参照して説明する。
先ず、ステップ500で、制御装置11は、アクセルペダル19が踏み込まれたか否かを判断する。制御装置11は、この判断をアクセルセンサ16の検出信号に基づいて行う。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、処理をステップ510へ移行し、この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、処理をステップ580へ移行する。
ステップ500から移行してステップ510で、制御装置11は、アクセル開度ACPが所定値A1より大きいか否かを判断する。この所定値A1は、アクセル開度ACPが相対的に大きいこと、すなわち加速要求がある程度大きいことを意味する。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、処理をステップ520へ移行し、この判断結果が否定となる場合、制御装置11は、処理をステップ550へ移行する。
ステップ510から移行してステップ520で、制御装置11は、電動機8,9の回転数Nmが所定値N1より大きいか否かを判断する。この所定値N1は、回転数Nmが相対的に高いこと、すなわち電動車両1の車速がある程度高いことを意味する。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、ステップ530で、上記算出された放電量DVcに基づき充放電量算出手段24を制御することにより、大出力蓄電装置22の電圧Vcを昇圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
ステップ520の判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ540で、上記算出された放電量DVcに基づき充放電量算出手段24を制御することにより、大出力蓄電装置22の電圧Vcを降圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
一方、ステップ510から移行してステップ550では、制御装置11は、電動機8,9の回転数Nmが所定値N1より大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、ステップ560で、上記算出された放電量DVcに基づき放電量調整手段23を制御することにより、放電量調整手段23の電圧V1を降圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
ステップ550の判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ570で、上記算出された放電量DVcに基づき放電量調整手段23を制御することにより、放電量調整手段23の電圧V1を昇圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
一方、ステップ500から移行してステップ580では、制御装置11は、電動機8,9の回転数Nmが所定値N1より大きいか否かを判断する。この判断結果が肯定となる場合、制御装置11は、ステップ590で、上記算出された放電量DVcに基づき充放電量調整手段24を制御することにより、電動機8,9の電圧Vmを降圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
ステップ580の判断結果が否定となる場合、制御装置11は、ステップ600で、上記算出された放電量DVcに基づき充放電量調整手段24を制御することにより、電動機8,9の電圧Vmを昇圧させ、ステップ500の処理へ戻る。
ここで、上記した制御内容に係り、電力供給装置10と一つの電動機8の関係を、図7〜10に示す回路構成図を参照して具体的に説明する。以下、図7〜10に示すように、電動機8を「直流モータ8A」に、大容量蓄電装置21を「2次電池21A」に、大出力蓄電装置22を「キャパシタ22A」に、放電量調整手段23を「昇降圧コンバータ23A」に、充放電量調整手段24を「双方向昇降圧コンバータ24A」に、それぞれ置き換えて説明する。
図8〜10は、各運転条件下における電流方向、各電圧の大小関係を示す。図8〜10において、「Vd」は2次電池21Aの電圧(2次電池電圧)を、「Vm」は直流モータ8Aの誘導起電圧(直流モータ誘導起電圧)を、「Vc」はキャパシタ22Aの電圧(キャパシタ電圧)を、「V1」は昇降圧コンバータ23Aの「出力電圧」を、「V2」は双方向昇降圧コンバータ24Aの「モータ側電圧」を、「V3」は双方向昇降圧コンバータ24Aの「キャパシタ側電圧」を、それぞれ示す。また、図8〜10において、矢印は電流の方向を示す。
直流モータ8Aは、その回転数Nmに比例して誘導起電圧が発生し、減速比を固定した場合に回転数Nmは車速に比例する。このため、2次電池21Aから直流モータ8Aへ電力の供給が必要な場合は、2次電池電圧Vdが誘導起電力Vmに打ち勝って直流モータ8Aに必要な電力を供給できるように、制御装置11(図2参照)は、回転数Nm(車速)に基づいて昇降圧コンバータ23Aを制御する。また、キャパシタ22Aから直流モータ8Aへ電力の供給が必要な場合は、誘導起電圧Vmより高い電圧をキャパシタ22Aに発生させるように、制御装置11(図2参照)は、双方向昇降圧コンバータ24Aを制御する。一方、キャパシタ22Aへの充電が必要な場合は、制御装置11は、双方向昇降圧コンバータ24Aを制御して、所定電力供給可能な、キャパシタ電圧Vcより高い電圧を発生させ、キャパシタ22Aへの充電量を制御する。
ここで、2次電池21Aからの電力供給については、制御装置11は、入力された走行時間(走行モード)と消費電力量に基づき平均電力を算出し、算出された平均電力を基準値SVとして走行に必要な放電量DVdを決定し、昇降圧コンバータ23Aを制御して2次電池21Aから放電を行わせる。平均電力を基準値SVとして直流モータ8Aへ電力が供給されることから、電動車両1の走行時間が長くなるほど、運転状態により変動する消費電力の影響を受けず、ほぼ一定の電力を供給することができる。ただし、高速走行等により長時間にわたり消費電力が大きくなる運転状態が続くと、徐々に2次電池21Aからの放電量が増すことになる。
電動車両1の高負荷時に、急加速等のように消費電力が急激に増加するような場合は、図8に示すように、出力電圧V1は誘導起電圧Vmより大きく、モータ側電圧V2は誘導起電圧Vmより大きい。従って、2次電池21Aから直流モータ8Aへ供給される電力の変動はごくわずかとなるが、電動車両1に必要な電力と、直流モータ8Aへ供給される電力との間に差が生じる。このため、その電力差を制御装置11(図2参照)が判断し、双方向昇降圧コンバータ24Aを制御してキャパシタ22Aから直流モータ8Aへ電力を供給する(図8参照)。図8において、低回転時には「Vd>V1,Vc>V2」となり、高回転時には「Vd<V1,Vc<V2」となる。
逆に、電動車両1の低負荷時に、直流モータ8Aの消費電力が少なくなった場合は、2次電池21Aから供給される平均電力の余剰分を制御装置11(図2参照)が判断し、双方向昇降圧コンバータ24Aを制御してキャパシタ22Aに充電させる(図9参照)。図9において、低回転時には「Vd>V1,V3>V1」となり、高回転時には「Vd<V1,V3<V1」となる。
一方、電動車両1の回生時に、運転者がアクセルペダル19から足を離した場合は、電動車両1が減速状態になったと制御装置11(図2参照)が判断すると、ブレーキ操作量に比例して直流モータ8Aから回生電力が発生し、その回生電力と2次電池21Aからの電力が合わせてキャパシタ22Aに余剰電力として充電される(図10参照)。図10において、低回転時には「Vd>V1,V3>Vm」となり、高回転時には「Vd<V1,V3<Vm」となる。
上記したように電動車両1の運転状態により直流モータ8Aへ供給される電力は変動するが、この供給電力の変動のほとんどがキャパシタ22Aにより補われることとなる。
図11〜13は、電動車両を「10・15モード」で走行させた場合における、本実施形態の複合電源を含む電力供給装置10からの電力供給の変化を、従来の複合電源からの電力供給のそれと比較してグラフにより示す。ここでは、本実施形態及び従来例とも、「1000Wh」の容量を有するキャパシタと「6000Wh」の容量を有する2次電池とからなる複合電源を使用した。図11は、キャパシタ蓄電残量の経時変化を示し、図12は、2次電池蓄電残量の経時変化を示し、図13は、図12の一部を拡大して示す。キャパシタ蓄電残量と2次電池蓄電残量の初期値からの減少量の合計が電動車両による消費電力に相当する。
図12,13における一番上の破線は従来例を示し、一番下の実線は本実施形態を示す。走行モードを決めれば走行に必要な電力量が算出可能となり、2次電池により供給が必要な平均電力を求めることができる。2次電池の劣化が最小となるのは、上記したように平均電力に基づいて2次電池から電力を供給し、その供給電力の変動分を全てキャパシタで補った場合である。これを理想値として図12,13の中央に2点鎖線で示す。図11では、一番上の実線が本実施形態を示し、真ん中の2点鎖線が理想例を示し、一番下の破線が従来例を示す。
図11〜13より、従来例(破線)では、キャパシタ蓄電残量の変動が小さく(図11参照)、その分運転状態による電力変動の影響を2次電池が受け、大きい周期の変動と小さい周期の変動が加わった蓄電残量を示すことが分かる(図12,13参照)。
この実施形態では、制御装置11が、上記した制御を行うことにより、走行開始の初期段階には、走行時間が短く平均電力の変動が大きく、加速より始まる。このため、平均より大きい消費電力となるので、理想例より2次電池21Aからの電力供給量が多くなる。しかし、時間経過とともに2次電池21Aからの電力供給量が緩やかに理想値に近付き、キャパシタ蓄電残量も理想状態に近付く結果となる(図12,13参照)。
図14〜16は、電動車両を「欧州モード」で走行させた場合における、キャパシタと2次電池の蓄電残量の変化を、図11〜13と同様に従来例及び理想例と比較してグラフにより示す。欧州モードは国内の「10・15モード」よりも加減速の度合いが大きいことから、図14〜16から分かるように、電力変動も大きい。しかし、本実施形態では、電力変動のほとんどをキャパシタ22Aで補うことができるので、2次電池21Aの電力変動は極めて緩やかな結果となることが分かる。
図17〜19に、電動車両を「10・15モード」で走行させた場合における、上記した制御結果をグラフにより示す。図17の一番下の破線、図18,19の一番上の破線は、図11の理想例における2次電池供給電力より小さい一定電力を供給した場合(電力小)を示す。図17の一番上と図18,19の一番下の2点鎖線は、図11の理想例における2次電池供給電力より大きい一定電力を供給した場合(電力大)を示す。また、図17〜19の中央の実線は、計算開始時の供給電力を電力大と同じ値で始め、本実施形態の制御を行った場合を示す。
一例として、平均消費電力を基準値とし、満充電状態からのキャパシタ蓄電残量割合より、平均消費電力に「出力調整係数」を掛けた値を2次電池からの供給電力とした。出力調整計数は、キャパシタ蓄電残量割合に基づき、以下の表1を参照して決定される。
供給電力が少ない条件下では、2次電池21Aから直流モータ8Aへの供給電力が、電動車両1の走行に必要な電力より少なくなり、その不足分をキャパシタ22Aから供給するため、キャパシタ22Aの蓄電残量は刻々と減少する。キャパシタ22Aの蓄電残量がゼロになると、その後の不足電力分は2次電池21Aから供給されるので、2次電池21Aの蓄電残量の変動は、図12,13に示す従来例の結果と同様となる。供給電力が多い条件下では、上記したと逆の現象が発生し、キャパシタ21Aが満充電状態となり、その後は、減速時の回生電力が2次電池21Aにも供給されることとなり、2次電池21Aの変動幅が大きくなってしまう。
当初は、2次電池21Aから直流モータ8Aへの供給電力が多いため、キャパシタ22Aの蓄電残量が、供給電力が少ない条件と同様に減少するが、本実施形態の制御によれば、直流モータ8Aへの供給電力を次第に増加させてキャパシタ22Aの蓄電残量が過剰となることを防止することができる。
このように、それまでの直流モータ8Aの消費電力の平均電力を基準値とし、キャパシタ22Aの蓄電残量に基づいて2次電池21Aによる供給電力を増加させたり、減少させたりしている。これにより、それまでの消費電力より急激な消費電力の変動があっても、キャパシタ22Aの蓄電残量に過不足が生じることを防止することができる。
以上説明したこの実施形態における複合電源を用いた電動車両1によれば、2次電池21Aとキャパシタ22Aを複合電源として用いた電動車両1において、制御装置11は、電動車両1の走行時には、必要な平均電力を2次電池21Aが直流モータ8Aに放電するように昇降圧コンバータ23Aを制御する。また、制御装置11は、電動車両1の走行時のうち加速時には、不足電力をキャパシタ22Aが直流モータ8Aに放電し、減速時の回生電力を直流モータ8Aからキャパシタ22Aへ充電するように双方向昇降圧コンバータ24Aを制御する。従って、電動車両1の走行時には、2次電池21Aが平均電力で放電することから、放電量の変動が抑えられる。また、キャパシタ22Aの放電量だけでは不足する電力が、キャパシタ22Aの放電により補われる。更に、キャパシタ22Aの蓄電量は、直流モータ8Aによる回生電力により補われる。このため、直流モータ8Aでの消費電力の変動の有無にかかわらず2次電池21Aの劣化を抑えることができ、2次電池21Aの長寿命化を図ることができる。
この実施形態では、2次電池21Aによる放電量が、電動車両1の走行時間及び消費電力、並びに、キャパシタ22Aの蓄電残量に応じて調整され、急激な変動が抑えられる。このため、キャパシタ22Aの蓄電残量に合わせて2次電池21Aから安定した放電を行うことができる。また、キャパシタ22Aによる放電量が、電動車両1の走行時間及び消費電力量、キャパシタ22Aの蓄電残量、並びに電動車両1の運転状態に応じて調整され、急激な変動が抑えられる。このため、運転状態及びキャパシタ22Aの蓄電残量に合わせてキャパシタ22Aから安定した放電を行うことができる。
この実施形態では、2次電池21Aから放電される電力は、平均電力を基準値SVとして、キャパシタ22Aの蓄電残量RVが第1の所定値R1以上のときは、基準値SVより小さい値となり、蓄電残量RVが第2の所定値R2以下のときは、基準値SVより大きい値となり、蓄電残量RVが第1の所定値R1と第2の所定値R2との間の値となるときは、基準値SVと等しい値となる。すなわち、2次電池21Aからの放電量は、キャパシタ22Aの蓄電残量RVの多少に応じ、平均電力を基準値SVとして増減調整される。このため、キャパシタ22Aの蓄電残量RVに過不足が生じることを防止することができる。
この実施形態では、運転者がモード選択スイッチ18を操作することで、短期又は長期の走行時間に応じた平均電力が算出されることとなる。このため、キャパシタ22Aからの安定した放電と、変動を許容した放電を運転者が必要に応じて選択することができる。
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。
例えば、前記実施形態では、この発明を、2つの電動機8,9を備えた電動車両1に具体化したが、1つの電動機を備えた電動車両に具体化することもできる。
1 電動車両
6 駆動輪
7 駆動輪
8 電動機
8A 直流モータ
9 電動機
10 電力供給装置
11 制御装置
21 大容量蓄電装置
21A 2次電池
22 大出力蓄電装置
22A キャパシタ
23 放電量調整手段
23A 昇降圧コンバータ
24 充放電量調整手段
24A 双方向昇降圧コンバータ
6 駆動輪
7 駆動輪
8 電動機
8A 直流モータ
9 電動機
10 電力供給装置
11 制御装置
21 大容量蓄電装置
21A 2次電池
22 大出力蓄電装置
22A キャパシタ
23 放電量調整手段
23A 昇降圧コンバータ
24 充放電量調整手段
24A 双方向昇降圧コンバータ
Claims (5)
- 駆動輪と、前記駆動輪を駆動する電動機とを備え、大容量蓄電装置と大出力蓄電装置を複合電源として用いた電動車両において、
前記大容量蓄電装置の前記電動機と前記大出力蓄電装置に対する放電量を調整するための放電量調整手段と、
前記大出力蓄電装置の前記電動機と前記大容量蓄電装置に対する放電量及び前記電動機から前記大出力蓄電装置に対する充電量を調整するための充放電量調整手段と、
前記放電量調整手段及び前記充放電量調整手段を制御するための制御装置と
を備え、前記制御装置は、走行時に必要な平均電力を前記大容量蓄電装置が前記電動機に放電するように前記放電量調整手段を制御し、加速時を含む高負荷時の不足電力を前記大出力蓄電装置が前記電動機に放電し、軽負荷時の余剰電力を前記大容量蓄電装置から前記大出力蓄電装置へ充電するように前記充放電量調整手段を制御し、減速時の回生電力を前記電動機から前記大出力蓄電装置へ充電するように前記充放電量調整手段を制御することを特徴とする複合電源を用いた電動車両。 - 前記制御装置は、走行時間及び消費電力量、並びに、前記大出力蓄電装置の蓄電残量に基づき前記大容量蓄電装置による放電量を算出し、その算出された放電量を前記大容量蓄電装置から放電させるために前記放電量調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の複合電源を用いた電動車両。
- 前記制御装置は、走行時間及び消費電力量、前記大出力蓄電装置の蓄電残量、並びに電動車両の運転状態に基づき前記大出力蓄電装置による放電量を算出し、その算出された放電量を前記大出力蓄電装置から放電させるために前記充放電量調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の複合電源を用いた電動車両。
- 前記制御装置は、走行時間及び消費電力量に基づき平均電力を算出し、その算出された平均電力を基準値として、前記大出力蓄電装置の蓄電残量が第1の所定値以上のときに前記基準値より小さい値の電力を前記大容量蓄電装置から放電させ、前記蓄電残量が前記第1の所定値より小さい第2の所定値以下のときに前記基準値より大きい値の電力を前記大容量蓄電装置から放電させ、前記蓄電残量が前記第1の所定値と前記第2の所定値との間の値となるときに前記基準値と等しい電力を前記大容量蓄電装置から放電させるように、前記充電量調整手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の複合電源を用いた電動車両。
- 前記平均電力を算出するために、前記制御装置が短期の走行時間を想定するか長期の走行時間を想定するかを選択するために操作される選択手段を更に備えたことを特徴とする請求項4に記載の複合電源を用いた電動車両。
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