JP2015076929A - 電気自動車の電力融通装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隊列走行中において降坂路でモータの回生制御を行う際にバッテリへの充電状況を反映した車々間の電力の受給電を行うことができ、もって降坂路で最大限にエネルギ回収できる電気自動車の電力融通装置を提供する。【解決手段】隊列走行中に走行経路上の前方に降坂路が存在する場合に、降坂路での回生制御によるバッテリの充電状況を予測し、その充電状況と他車両からの充電状況の予測結果とに基づき、他車両Ｂとの間で電力の受給電が必要か否かを判定し、受給電が必要と判定した場合には、降坂路に到達する以前に自車両Ａに備えられた受給電装置を介して他車両Ｂとの間で受給電を行ってバッテリのＳＯＣを調整する。【選択図】図２

Description

本発明は、隊列走行中に他の車両との間で電力の受給電を行う電気自動車の電力融通装置に関する。

高速道路などを複数の車両が走行する場合、各車両が１列の隊列を組んで走行する方が安全性や交通の円滑化などの観点から望ましい。そこで、これらの車両を一つの車両群と見なして隊列を組みながら走行させる隊列走行制御が提案されている。このような隊列走行は、従来からのエンジンを走行用動力源とするガソリン車両のみならず、走行用動力源としてエンジン及びモータを搭載したハイブリッド電気自動車、或いは走行用動力源としてモータを搭載した電気自動車（以下、電気自動車と総称する場合もある）においても実施可能である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の電気自動車は、車体の前後に非接触型の受給電装置を設け、隊列走行中に車々間で電力の受給電を行って相互に融通し合うことにより、隊列走行時の航続距離の延長化を図っている。

特開２０１３−０７０５１４号公報

ところで、隊列走行は上記のような安全性や交通の円滑化のみならず、燃費低減にも大きく貢献する。
図４は１台による単独走行時、大型３台の隊列走行時、及び大型３台＋小型１台の隊列走行時のＣd値（空気抵抗）を比較した試験結果を示す図である。例えば単独走行時に比較して大型３台の隊列走行時では３台共にＣd値が低下し、特に２台目の低下が著しい。自車両の前方に他車両が存在する場合には、前方からの空気流が遮られることからＣd値が低下し、自車両の後方に他車両が存在する場合には後部に発生する空気渦が抑制されてＣd値が低下する。２台目の車両はそれらの２つの作用を共に受けるためである。また、最後尾に小型車両が存在する場合にも空気渦の抑制作用が奏されるため、その前方に存在する車両にとってはＣd値を低下させる要因になる。

そして、このような隊列走行時のＣd値の低下により、電気自動車では降坂路を走行中の回生電力を増加できる。ところが、バッテリの容量には限りがあるため、例えば降坂路の途中でバッテリのＳＯＣ（充電率：State Of Charge）が制御範囲の上限に到達すると、モータの回生制御を中止せざるを得なくなる。
図３は降坂路で２台で隊列走行しているとき回生電力のバッテリへの充電状況を示す図であり、図中の電池マークは、ＳＯＣの制御範囲（例えば３０〜７０％）内における実際のＳＯＣ（０〜１００％）を模式的に表している。
２台の隊列走行では、１台目の車両ＡのＣd値が図３中の３台隊列走行の１台目の車両に相当し、２台目の車両ＢのＣd値が３台隊列走行の３台目の車両に相当するため、共にＣd値低下の恩恵を受けることになる。

降坂路に到達する直前では車両ＡがＳＯＣ＝０％、車両ＢがＳＯＣ＝５０％に保たれている。降坂路の走行中に車両の位置エネルギ分がＳＯＣ換算で５０％（ハッチングで示す）、隊列走行によるＣd値の低下分がＳＯＣ換算で２５％（黒塗りで示す）得られるものとする。よって、降坂路の走行中に合計でＳＯＣを７５％分上昇可能なはずであるが、車両ＢについてはＳＯＣ＝５０％分だけ充電した時点で満充電に至るため、ＳＯＣ＝２５％分に相当する電力が無駄に捨てられてしまう。特許文献１の技術はこのような状況を想定していないため、問題解決できないことは明らかである。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、隊列走行中において降坂路でモータの回生制御を行う際にバッテリへの充電状況を反映した車々間の電力の受給電を行うことにより、降坂路で最大限にエネルギ回収することができる電気自動車の電力融通装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の電気自動車の電力融通装置は、隊列走行制御手段により他車両と共に隊列走行を実行し、降坂路では走行用動力源として搭載されたモータを回生制御して発電電力をバッテリに充電する一方、隊列走行する他車両との間で電力の受給電が可能な受給電装置を備えた電気自動車において、隊列走行中に走行経路上の前方に降坂路が存在する場合に、降坂路を走行中の回生制御によるバッテリの充電状況を予測する充電状況予測手段と、充電状況予測手段の予測結果と他車両からの充電状況の予測結果とに基づき、他車両との間で電力の受給電が必要か否かを判定し、受給電が必要と判定した場合には、降坂路に到達する以前に受給電装置を介して他車両との間で受給電を行ってバッテリの充電率を調整する充電率調整手段とを備えたことを特徴とする。

その他の態様として、予測結果に基づき自車両と他車両との間で降坂路が終了した時点でのバッテリの充電率が多い側から少ない側に、受給電装置を介して受給電を行うように、充電率調整手段を構成することが望ましい。

本発明によれば、隊列走行中において降坂路でモータの回生制御を行う際にバッテリへの充電状況を反映した車々間の電力の受給電を行うことにより、降坂路で最大限にエネルギ回収することができる。

実施形態の電力融通装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。 実施形態による降坂路で２台隊列走行しているとき回生電力のバッテリへの充電状況を示す図である。 従来技術による降坂路で２台隊列走行しているとき回生電力のバッテリへの充電状況を示す図である。 単独走行時及び隊列走行時のＣd値を比較した試験結果を示す図である。

以下、本発明をハイブリッド型トラックの電力融通装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の電力融通装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。
ハイブリッド型トラック（以下、車両という）は走行用動力源としてエンジン１及びモータ２を搭載しており、これらのエンジン１及びモータ２が発生する駆動力により車両が走行する。モータ２にはインバータ３を介してバッテリ４が接続されている。モータ２の運転状態はインバータ３により制御され、力行制御時にはバッテリ４からの放電電力によりモータ２が駆動力を発生し、回生制御時にはモータ２が発電した電力がバッテリ４に充電される。エンジン１及びインバータ３にはＥＣＵ５が接続され、ＥＣＵ５によりエンジン１の運転状態及びインバータ３を介したモータ２の運転状態が制御される。このような制御を実行するために、図示はしないがＥＣＵ５には種々のセンサ類やデバイス類が接続されている。

車両の前部及び後部にはそれぞれ受給電装置６が設けられ、これらの受給電装置６はインバータ３に接続されている。受給電装置６は、隊列走行中に自車両の直前を走行する他車両、或いは自車両の直後を走行する他車両との間で電力の受給電を行うための装置である。受給電装置６の構成は周知のため詳細は説明しないが、例えば特許文献１に開示されたものを利用できる。
ＥＣＵ５は高速道路などを走行する際に、他車両と共に隊列を組みながら自車両を走行させる隊列走行制御を実行する（隊列走行制御手段）。そして、隊列走行によるＣd値の低下、ひいては降坂路でのモータ２の回生制御による回生量の増加を有効に活かすべく、ＥＣＵ５は上記受給電装置６を利用して他車両との間で電力の受給電を実行しており、以下に当該処理を説明する。

自車両と他車両との間の電力の受給電は、隊列走行中の車両が降坂路に到達する以前に行うが、状況によってはこの限りではない。事前に降坂路の情報を取得するために、ＥＣＵ５にはナビゲーション装置７及び通信装置８が接続されており、これらの装置７，８を介してＥＣＵ５は降坂路の情報として路面勾配や長さなどを取得する。
図２は降坂路において２台で隊列走行しているとき回生電力のバッテリ４への充電状況を示す図である。図中の車両Ａ及び車両Ｂは、共に上記したように構成されており、通信装置８を介して互いに自車両の情報（回生制御やバッテリＳＯＣに関する）を送受信し、それらの情報に基づき必要に応じて電力の受給電が実行される。当然であるが、隊列走行の車両数はこれに限ることはなく、任意に変更可能である。

降坂路に到達する直前のバッテリ４のＳＯＣは、図３に示す従来技術と同一条件（車両Ａ＝０％、車両Ｂ＝５０％）であり、降坂路でのＳＯＣの増加分も従来技術と同一条件（位置エネルギ分＝５０％、Ｃd値の低下分＝２５％）であるものとする。
車両Ａ，Ｂが降坂路に到達する以前において、各車両Ａ，ＢのＥＣＵ５は、取得した降坂路の情報、自車両のコンポーネント性能（最大モータ出力やバッテリＳＯＣの余裕量など）、Ｃd値の低下による回生電力の増加分などに基づき、降坂路で得られる回生電力量及び現在のバッテリ４のＳＯＣ（これらが充電状況に相当）を算出する（充電状況予測手段）。

そして、算出した各車両Ａ，Ｂの回生電力量とバッテリ４のＳＯＣとに基づき、車両Ａ，Ｂ間で電力の受給電、即ち電力融通が必要か否かを判定する。当該処理は各車両Ａ，Ｂでそれぞれ実行してもよいし、予め定めた何れか一方の車両Ａ，Ｂで実行してもよい。また、隊列走行の車両数が増加すると演算負荷が高くなるため、例えば外部の計算サーバーなどを利用してもよい。

電力融通が必要と判断した場合には、車両Ａ，Ｂ間の受給電の方向、及び受給電する電力量を決定する。例えば図２の例では、降坂路の走行中に車両Ａ，Ｂ共にＳＯＣを７５％分上昇可能であるが、車両ＢについてはＳＯＣ＝５０％分だけ充電した時点で満充電に至り、２５％分のＳＯＣを回収できない。一方の車両Ａでは、降坂路の走行が終了した時点で満充電に対しＳＯＣが２５％分不足、換言すれば、さらに２５％分充電可能な余地を有する。よって、降坂路に到達する以前に、車両Ｂから車両Ａに（ＳＯＣが多い側から少ない側に）ＳＯＣで２５％分の電力量を受給電することを決定し、これを実行する（充電率調整手段）。

なお、電力の受給電にはエネルギ損失が発生するため、バッテリ４の満充電を超えて電力が無駄に捨てられる事態を防止した上で、受給電する電力量は必要最小限に留めることが望ましい。
ここで、受給電装置６により受給電可能な車間距離には上限があり、その上限が隊列走行中の車両Ａ，Ｂの車間距離よりも短い場合には、受給電中に限り車間距離を受給電可能な値まで一時的に狭めるようにすればよい。

受給電の結果、車両Ａ，Ｂのバッテリ４のＳＯＣは共に２５％に調整される。そして、降坂路の走行中にＳＯＣが７５％分上昇することにより、降坂路の走行が終了した時点では車両Ａ，Ｂのバッテリ４のＳＯＣが共に過不足なく１００％まで上昇する。よって、何れの車両Ａ，Ｂのバッテリ４も満充電を超えて電力が無駄に捨てられる事態が防止され、もって降坂路で最大限にエネルギ回収することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では走行用動力源としてエンジン１及びモータ２を搭載したハイブリッド型トラックＡ，Ｂに適用したが、これに限ることはない。例えば走行用動力源としてモータ２のみを搭載した電気自動車に適用してもよいし、バスや乗用車に適用してもよい。また、降坂路に限らず回生可能な区間において適用してもよい。

Ａ，Ｂ トラック（車両）
２ モータ
４ バッテリ
５ ＥＣＵ（隊列走行制御手段、充電状況予測手段、充電率調整手段）
６ 受給電装置

Claims (2)

1. 隊列走行制御手段により他車両と共に隊列走行を実行し、降坂路では走行用動力源として搭載されたモータを回生制御して発電電力をバッテリに充電する一方、隊列走行する他車両との間で電力の受給電が可能な受給電装置を備えた電気自動車において、
   上記隊列走行中に走行経路上の前方に降坂路が存在する場合に、該降坂路を走行中の上記回生制御による上記バッテリの充電状況を予測する充電状況予測手段と、
   上記充電状況予測手段の予測結果と上記他車両からの充電状況の予測結果とに基づき、該他車両との間で電力の受給電が必要か否かを判定し、受給電が必要と判定した場合には、上記降坂路に到達する以前に上記受給電装置を介して上記他車両との間で受給電を行って上記バッテリの充電率を調整する充電率調整手段と
   を備えたことを特徴とする電気自動車の電力融通装置。
2. 上記充電率調整手段は、上記予測結果に基づき自車両と上記他車両との間で上記降坂路が終了した時点でのバッテリの充電率が多い側から少ない側に、上記受給電装置を介して受給電を行うことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電力融通装置。

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