JP2013147233A - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンで駆動される発電機を備えたレンジエクステンダ型の電気自動車のバッテリや発電機を小型化しながら長距離走行時の運転フィーリングの悪化を防止する。
【解決手段】ナビゲーション装置１９からの情報等に基づいて長距離走行を実施する（高速道路を走行する）か否かを予測すると共に、バッテリ１６の残容量が所定の満充電判定値よりも少ないか否かを判定し、長距離走行を実施すると予測され且つバッテリ１６の残容量が満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、エンジン１１の動力で発電機１２を駆動して発電機１２の発電電力をバッテリ１６に充電する。これにより、長距離走行を実施すると予測した時点で、予めバッテリ１６の満充電状態にしておくことができ、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合に、発電機１２の発電電力だけで走行モータ１３を駆動して走行する状況に陥るといった事態を回避する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱機関（例えば内燃機関や外燃機関等）の動力で駆動される発電機を備えたレンジエクステンダ型の電気自動車の制御装置に関する発明である。
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源として電動機（交流モータ等）を搭載した電気自動車やハイブリッド車が注目されている。例えば、レンジエクステンダ型の電気自動車として、内燃機関等のエンジンの動力で駆動される発電機の発電電力やバッテリの電力で電動機を駆動して該電動機の動力で車両を駆動するようにしたものがある。
このようなレンジエクステンダ型の電気自動車においては、通常時は外部電源で充電したバッテリの電力で電動機を駆動し、バッテリの残容量が低下したときにエンジンの動力で発電機を駆動して発電し、この発電機の発電電力をバッテリに充電するか又は発電機の発電電力で電動機を駆動するようにしたものが一般的である。また、特許文献１（特開平６−２４５３２１号公報）に記載されているように、車速に応じて発電機の発電電力を切り換えるようにしたり、特許文献２（特開２００７−２２１１８号公報）に記載されているように、路面状態に応じて発電機の発電電力を制御するようにしたものもある。
特開平６−２４５３２１号公報 特開２００７−２２１１８号公報
ところで、レンジエクステンダ型の電気自動車において、車両価格を低減するにはバッテリや発電機を小型化することが望ましいが、バッテリや発電機を単に小型化しただけでは次のような問題が発生する可能性がある。例えば、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合には、電動機の消費電力が増大するため、エンジンの動力で発電機を駆動して発電しても、その発電電力だけでは電動機の消費電力を賄うことができず、次の充電器設置場所（例えば高速道路のサービスエリア等）に到達する前にバッテリの残容量が著しく低下して発電機の発電電力だけで電動機を駆動して走行する状況に陥る可能性があり、このような場合、走行性能が低下して運転フィーリングが悪化するという問題が発生する可能性がある。上記従来技術（特許文献１や特許文献２の技術）では、このような問題を解決することができない。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、バッテリや発電機を小型化しながら、長距離走行時の運転フィーリングの悪化を防止することができる電気自動車の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、熱機関の動力で駆動される発電機と、該発電機の発電電力を充電可能なバッテリとを備え、発電機の発電電力とバッテリの電力のうちの少なくとも一方で電動機を駆動して該電動機の動力で車両を駆動するレンジエクステンダ型の電気自動車の制御装置において、長距離走行を実施するか否かを予測する長距離走行予測手段と、バッテリの残容量が所定の満充電判定値よりも少ないか否かを判定するバッテリ残容量判定手段と、長距離走行予測手段により長距離走行を実施すると予測され且つバッテリ残容量判定手段によりバッテリの残容量が満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、熱機関の動力で発電機を駆動して該発電機の発電電力をバッテリに充電する長距離走行予測時制御手段とを備えた構成としたものである。
この構成では、長距離走行を実施すると予測され且つバッテリの残容量が満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、熱機関（例えば内燃機関や外燃機関等）の動力で発電機を駆動して該発電機の発電電力をバッテリに充電することができるため、長距離走行を実施すると予測した時点で、予めバッテリを満充電状態（バッテリの残容量を満充電判定値以上にした状態）にしておくことができる。これにより、バッテリや発電機を小型化したシステムでも、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合に、次の充電器設置場所（例えば高速道路のサービスエリア等）に到達する前にバッテリの残容量が著しく低下して発電機の発電電力だけで電動機を駆動して走行する状況に陥るといった事態を回避することが可能となり、バッテリや発電機を小型化しながら、長距離走行時に走行性能が低下して運転フィーリングが悪化することを防止することができる。
この場合、請求項２のように、長距離走行を実施するか否かを高速道路を走行するか否かによって予測するようにしても良い。このようにすれば、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施するか否かを予測することができる。
また、請求項３のように、車両の走行経路を案内するナビゲーション装置を備えたシステムの場合には、ナビゲーション装置からの情報に基づいて長距離走行を実施するか否かを予測するようにしても良い。このようにすれば、例えば、運転者がナビゲーション装置で目的地を設定した場合に、その目的地までの走行経路の情報に基づいて長距離走行を実施するか否か（例えば高速道路を走行するか否か）を比較的精度良く予測することができる。
また、請求項４のように、運転者によって操作される長距離走行予定スイッチを設け、この長距離走行予定スイッチの出力信号に基づいて長距離走行を実施するか否かを予測するようにしても良い。このようにすれば、長距離走行を実施する前（例えば高速道路を走行する前）に運転者が長距離走行予定スイッチを操作したか否かによって長距離走行を実施するか否か（例えば高速道路を走行するか否か）を比較的精度良く予測することができる。
また、請求項５のように、バッテリの容量（満充電容量）は、市街地走行に必要な容量で且つ発電機の発電電力を加算することで所定距離を走行可能な容量に設定すると良い。このようにすれば、市街地走行に悪影響を与えない範囲でバッテリを小型化しながら、所定距離（例えば高速道路のサービスエリア間の距離）を走行可能にすることができる。
更に、請求項６のように、発電機の発電電力は、市街地走行時の電動機の平均消費電力と補機の消費電力とを加算した合計消費電力よりも大きくなるように設定すると良い。このようにすれば、市街地走行に悪影響を与えない範囲で発電機を小型化することができる。
図１は本発明の一実施例におけるレンジエクステンダ型の電気自動車の駆動システムの概略構成を示す図である。 図２は車速とモータ消費電力の挙動の一例を示すタイムチャートである。 図３は長距離走行予測時制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてレンジエクステンダ型の電気自動車の駆動システムの概略構成を説明する。
発電用の内燃機関であるエンジン１１と、このエンジン１１の動力で駆動される発電機１２と、車両駆動用の電動機である走行モータ１３（例えば交流モータ）が搭載されている。燃料タンク１４内の燃料がエンジン１１に供給され、このエンジン１１の出力軸（クランク軸）の動力が発電機１２に伝達されて発電機１２が回転駆動されるようになっている。また、走行モータ１３が車両を駆動する動力源となり、この走行モータ１３の回転軸の動力がデファレンシャルギヤ機構や車軸等（図示せず）を介して車輪１５に伝達されて車輪１５が回転駆動されるようになっている。
発電機１２と走行モータ１３は、それぞれインバータ等（図示せず）を介してバッテリ１６と電力を授受するようになっており、このバッテリ１６の電力は、エアコン等の補機１７にも供給されるようになっている。また、各家庭の電源コンセントや高速道路のサービスエリアに設置された急速充電器等の外部電源（図示せず）に接続したときに、外部電源から供給される電力が車載充電器１８を介してバッテリ１６に充電されるようになっている。
車両の運転席の近傍には、車両の走行経路を案内するナビゲーション装置１９や、運転者によって操作される長距離走行予定スイッチ２０が設けられている。尚、長距離走行予定スイッチ２０を省力した構成としても良い。
ＥＣＵ２１（電子制御ユニット）は、マイクロコンピュータを主体として構成され、アクセル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサ２２、シフト位置（シフトレバーの操作位置）を検出するシフトスイッチ２３、ブレーキ操作を検出するブレーキスイッチ２４、車速を検出する車速センサ２５等の各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで車両の運転状態を検出する。このＥＣＵ２１は、車両の運転状態に応じて、エンジン１１と発電機１２と走行モータ１３を制御する。尚、エンジン１１と発電機１２と走行モータ１３を別々の制御回路で制御する構成としても良い。
例えば、通常走行時には、バッテリ１６の電力で走行モータ１３を駆動して、この走行モータ１３の動力で車輪１５を駆動する。そして、バッテリ１６の残容量が所定の閾値よりも低下して発電要求が発生したときには、エンジン１１を始動してエンジン１１の動力で発電機１２を駆動して発電し、この発電機１２の発電電力をバッテリ１６に充電するか又は発電機１２の発電電力で走行モータ１３を駆動する。また、減速時には、車輪１５の動力で走行モータ１３を駆動して走行モータ１３を発電機として作動させることで、車両の運動エネルギを走行モータ１３で電力に変換してバッテリ１６に回収（充電）する。
本実施例では、車両価格を低減するために、バッテリ１６や発電機１２が小型化されている。バッテリ１６の容量（満充電容量）は、市街地走行に必要な容量で且つ発電機１２の発電電力を加算することで所定距離（例えば高速道路のサービスエリア間の距離）を走行可能な容量に設定されている。これにより、市街地走行に悪影響を与えない範囲でバッテリ１６を小型化しながら、所定距離を走行可能にすることができる。
また、発電機１２の発電電力は、市街地走行時の走行モータ１３の平均消費電力と補機１７の消費電力とを加算した合計消費電力よりも大きくなるように設定されている。これにより、市街地走行に悪影響を与えない範囲で発電機１２を小型化することができる。
例えば、図２に示すように、小型車を想定した場合、市街地走行時の走行モータ１３の平均消費電力は２ｋＷ程度である。この市街地走行時の走行モータ１３の平均消費電力と補機１７の消費電力とを加算した合計消費電力よりも大きくなるように発電機１２の発電電力を例えば１０ｋＷに設定したとする。加速時等に必要な大電力は一時的にバッテリ１６から持ち出すことで対応することができ、その他のときはバッテリ１６に充電できる。
しかし、バッテリ１６や発電機１２を単に小型化しただけでは次のような問題が発生する可能性がある。例えば、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合には、走行モータ１３の消費電力が増大するため、エンジン１１の動力で発電機１２を駆動して発電しても、その発電電力だけでは走行モータ１３の消費電力を賄うことができず、次の充電器設置場所（例えば高速道路のサービスエリア等）に到達する前にバッテリ１６の残容量が著しく低下して発電機１２の発電電力だけで走行モータ１３を駆動して走行する状況（例えば、最高で約８０ｋｍ／ｈでしか走行できない状況）に陥る可能性があり、このような場合、走行性能が低下して運転フィーリングが悪化するという問題が発生する可能性がある。
この対策として、本実施例では、ＥＣＵ２１により後述する図３の長距離走行予測時制御ルーチンを実行することで、長距離走行を実施するか否か（例えば高速道路を走行するか否か）を予測すると共に、バッテリ１６の残容量が所定の満充電判定値よりも少ないか否かを判定し、長距離走行を実施すると予測され且つバッテリ１６の残容量が満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、エンジン１１の動力で発電機１２を駆動して該発電機１２の発電電力をバッテリ１６に充電する。
これにより、長距離走行を実施する（例えば高速道路を走行する）と予測した時点で、予めバッテリ１６を満充電状態（バッテリ１６の残容量を満充電判定値以上にした状態）にしておくことができ、バッテリ１６や発電機１２を小型化したシステムでも、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合に、次の充電器設置場所（例えば高速道路のサービスエリア等）に到達する前にバッテリ１６の残容量が著しく低下して発電機１２の発電電力だけで走行モータ１３を駆動して走行する状況に陥るといった事態を回避することが可能となる。
以下、ＥＣＵ２１が実行する図３の長距離走行予測時制御ルーチンの処理内容を説明する。
図３に示す長距離走行予測時制御ルーチンは、ＥＣＵ２１の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう長距離走行予測時制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、長距離走行を実施するか否かを高速道路を走行するか否かによって予測する。これにより、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施するか否かを予測する。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう長距離走行予測手段としての役割を果たす。
この場合、例えば、ナビゲーション装置１９からの情報に基づいて長距離走行を実施するか否かを予測する。具体的には、運転者がナビゲーション装置１９で目的地を設定した場合には、その目的地までの走行経路の情報に基づいて長距離走行を実施するか否か（高速道路を走行するか否か）を予測する。一方、運転者がナビゲーション装置１９で目的地を設定していない場合には、車両の現在位置や過去の走行パターン等の情報に基づいて長距離走行を実施するか否か（高速道路を走行するか否か）を予測する。
また、長距離走行予定スイッチ２０を設けたシステムの場合には、長距離走行予定スイッチ２０の出力信号に基づいて長距離走行を実施する前（例えば高速道路を走行する前）に運転者が長距離走行予定スイッチ２０をオン操作したか否かを判定し、運転者が長距離走行予定スイッチ２０をオン操作した場合には、長距離走行を実施する（高速道路を走行する）と予測し、運転者が長距離走行予定スイッチ２０をオン操作しなかった場合には、長距離走行を実施しない（高速道路を走行しない）と予測するようにしても良い。
このステップ１０１で、長距離走行を実施しない（高速道路を走行しない）と予測した場合には、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。
一方、上記ステップ１０１で、長距離走行を実施する（高速道路を走行する）と予測した場合には、ステップ１０２に進み、バッテリ１６の残容量の情報としてバッテリ１６の充電状態を表すＳＯＣ（State Of Charge ）を検出し、バッテリ１６のＳＯＣが満充電判定値よりも少ないか否かを判定する。ここで、満充電判定値は、例えば、１００％に設定されている。尚、満充電判定値は、１００％に限定されず、適宜変更しても良く、例えば、９８％や９６％等に設定するようにしても良い。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいうバッテリ残容量判定手段としての役割を果たす。
このステップ１０２で、バッテリ１６のＳＯＣが満充電判定値以上であると判定された場合には、バッテリ１６に充電する必要がないと判断して、ステップ１０６に進み、エンジン１１を運転停止状態に維持して発電機１２を発電停止状態に維持する。
一方、上記ステップ１０２で、バッテリ１６のＳＯＣが満充電判定値よりも少ないと判定された場合には、バッテリ１６に充電する必要があると判断して、ステップ１０３に進み、エンジン１１を始動した後、ステップ１０４に進み、エンジン１１の動力で発電機１２を駆動して発電すると共に発電機１２の発電電力が最大電力となるようにエンジン１１と発電機１２を制御する最大電力制御を実行して、発電機１２の発電電力をバッテリ１６に充電する。
この後、ステップ１０５に進み、バッテリ１６の充電状態ＳＯＣが満充電判定値以上であるか否かを判定し、バッテリ１６の充電状態ＳＯＣが満充電判定値よりも少ないと判定された場合には、上記ステップ１０４に戻り、最大電力制御を継続して、発電機１２の発電電力をバッテリ１６に充電する。
その後、ステップ１０５で、バッテリ１６の充電状態ＳＯＣが満充電判定値以上であると判定された時点で、バッテリ１６が満充電状態になったと判断して、ステップ１０６に進み、エンジン１１の運転を停止して発電機１２の発電を停止する。
以上説明した本実施例では、長距離走行を実施する（高速道路を走行する）と予測され且つバッテリ１６の残容量が満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、エンジン１１の動力で発電機１２を駆動して発電機１２の発電電力をバッテリ１６の残容量が満充電判定値以上になるまでバッテリ１６に充電するようにしたので、長距離走行を実施する（高速道路を走行する）と予測した時点で、予めバッテリ１６を満充電状態（バッテリ１６の残容量を満充電判定値以上にした状態）にしておくことができる。これにより、バッテリ１６や発電機１２を小型化したシステムでも、高速走行を比較的長い時間継続する長距離走行を実施した場合に、次の充電器設置場所（例えば高速道路のサービスエリア等）に到達する前にバッテリ１６の残容量が著しく低下して発電機１２の発電電力だけで走行モータ１３を駆動して走行する状況に陥るといった事態を回避することが可能となり、バッテリ１６や発電機１２を小型化して車両価格を低減しながら、長距離走行時に走行性能が低下して運転フィーリングが悪化することを防止することができる。
例えば、１００ｋｍ／ｈ走行時の走行エネルギを約１２ｋＷとし、走行モータ１３やインバータや減速ギヤ等の効率を考慮して走行モータ１３に供給する電力を約１４ｋＷとすると共に、エアコン等の補機１７の消費電力を１ｋＷとした場合、発電機１２から１０ｋＷを供給し続けると、バッテリ１６からは５ｋＷの持ち出しとなる。この場合、バッテリ１６の容量を５ｋＷｈに設定したとすると、長距離走行を実施する（高速道路を走行する）と予測した時点で、予めバッテリ１６を満充電状態にしておけば、１００ｋｍ／ｈで１時間走行できることになる。高速道路ではサービスエリア毎に急速充電器が設置されているか又はこれから設置されていく。また、サービスエリアは５０〜６０ｋｍ程度の間隔で設置されているので、サービスエリアに到達する毎にサービスエリアで休憩を取りながら急速充電器で充電することで、運転フィーリングの悪化無しで高速走行が可能である。
また、本実施例では、ナビゲーション装置１９からの情報や長距離走行予定スイッチ２０の出力信号に基づいて長距離走行を実施するか否かを予測するようにしたので、長距離走行を実施するか否かを比較的精度良く予測することができる。
尚、長距離走行を実施するか否かを予測する方法は、上記実施例で説明した方法に限定されず、適宜変更しても良く、例えば、ナビゲーション装置１９からの情報に基づいて目的地までの距離が所定値以上か否かによって長距離走行を実施するか否かを予測するようにしても良い。
その他、本発明は、発電機を駆動する熱機関として内燃機関を搭載した車両に限定されず、発電機を駆動する熱機関としてスターリングエンジン等の外燃機関を搭載した車両に適用しても良い。
１１…エンジン（熱機関）、１２…発電機、１３…走行モータ（電動機）、１６…バッテリ、１７…補機、１９…ナビゲーション装置、２０…長距離走行予定スイッチ、２１…ＥＣＵ（長距離走行予測手段，バッテリ残容量判定手段，長距離走行予測時制御手段）

Claims (6)

  1. 熱機関の動力で駆動される発電機と、該発電機の発電電力を充電可能なバッテリとを備え、前記発電機の発電電力と前記バッテリの電力のうちの少なくとも一方で電動機を駆動して該電動機の動力で車両を駆動するレンジエクステンダ型の電気自動車の制御装置において、
    長距離走行を実施するか否かを予測する長距離走行予測手段と、
    前記バッテリの残容量が所定の満充電判定値よりも少ないか否かを判定するバッテリ残容量判定手段と、
    前記長距離走行予測手段により前記長距離走行を実施すると予測され且つ前記バッテリ残容量判定手段により前記バッテリの残容量が前記満充電判定値よりも少ないと判定されたときに、前記熱機関の動力で前記発電機を駆動して該発電機の発電電力を前記バッテリに充電する長距離走行予測時制御手段と
    を備えていることを特徴とする電気自動車の制御装置。
  2. 前記長距離走行予測手段は、前記長距離走行を実施するか否かを高速道路を走行するか否かによって予測することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の制御装置。
  3. 車両の走行経路を案内するナビゲーション装置を備え、
    前記長距離走行予測手段は、前記ナビゲーション装置からの情報に基づいて前記長距離走行を実施するか否かを予測することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気自動車の制御装置。
  4. 運転者によって操作される長距離走行予定スイッチを備え、
    前記長距離走行予測手段は、前記長距離走行予定スイッチの出力信号に基づいて前記長距離走行を実施するか否かを予測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電気自動車の制御装置。
  5. 前記バッテリの容量は、市街地走行に必要な容量で且つ前記発電機の発電電力を加算することで所定距離を走行可能な容量に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電気自動車の制御装置。
  6. 前記発電機の発電電力は、市街地走行時の前記電動機の平均消費電力と補機の消費電力とを加算した合計消費電力よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電気自動車の制御装置。
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