JP2010041847A

JP2010041847A - 複合電源を用いた電動車両

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Publication number: JP2010041847A
Application number: JP2008202959A
Authority: JP
Inventors: Susumu Kaneshige; 進兼重; Iwao Nakane; 巌中根
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-18

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

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。

特開平５−３０６０８号公報特開２００８−１７６８１号公報特開２００７−３３６７１５号公報

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。

電動車両を示す概略構成図。電動車両の電気的構成を示すブロック図。大容量蓄電装置の放電量を算出する処理内容を示すフローチャート。大出力蓄電装置の充放電量を算出する処理内容を示すフローチャート。大容量蓄電装置の電圧調整のための制御内容を示すフローチャート。大出力蓄電装置の電圧調整のための制御内容を示すフローチャート。電力供給装置と電動機の関係を示す回路構成図。高負荷時における電力供給装置と電動機との間の電流方向、電圧の大小関係を示す回路構成図。低負荷時における電力供給装置と電動機との間の電流方向、電圧の大小関係を示す回路構成図。回生時における電力供給装置と電動機との間の電流方向、電圧の大小関係を示す回路構成図。「１０・１５モード」でのキャパシタ蓄電残量の経時変化を示すグラフ。「１０・１５モード」での２次電池蓄電残量の経時変化を示すグラフ。図１２の一部を拡大して示すグラフ。「欧州モード」でのキャパシタ蓄電残量の経時変化を示すグラフ。「欧州モード」での２次電池蓄電残量の経時変化を示すグラフ。図１５の一部を拡大して示すグラフ。「１０・１５モード」での制御結果に係り、キャパシタ蓄電残量の経時変化を示すグラフ。「１０・１５モード」での制御結果に係り、２次電池蓄電残量の経時変化を示すグラフ。図１８の一部を拡大して示すグラフ。

符号の説明

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
２１Ａ２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

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。