JP2018201262A - 電気自動車用制御装置および電気自動車 - Google Patents

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Abstract

【課題】電気自動車が走行中である場合に、バッテリーに充電された電力の消費速度が増大されても、運転者が電気自動車に異常が発生したと誤認識する可能性を低減することが可能な電気自動車用制御装置および電気自動車を提供する。【解決手段】電気自動車用制御装置は、電気自動車が走行中であり、バッテリーが劣化しやすい状態である場合、モーターの効率を低減させる制御を実行することによってバッテリーに充電された電力の消費速度を増大させる効率制御部と、バッテリーのＳＯＣと走行係数とを用いて電気自動車の走行可能距離を算出する走行可能距離算出部と、効率制御部によりモーターの効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部により算出される走行可能距離の変化が小さくように、走行係数を補正する走行係数補正部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車用制御装置および電気自動車に関する。
自動車の排気ガスによる環境汚染を減らし、限りのある石油資源に対応することができるように、自動車の動力源として伝統的な内燃機関エンジン（以下、エンジンという）とは異なる代替動力源を使用しようとする試みがある。その代表的な例として電気自動車がある。電気自動車は、バッテリーに充電された電力を利用してモーターを駆動し、モーターの駆動力を自動車の動力源として使用する。
このような電気自動車は、バッテリーの電力のみを動力源として使用する純粋電気自動車と、内燃機関エンジンを備えてエンジンから発生する動力をバッテリーの充電及び／または自動車の駆動に使用するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）とに大別される。
ところで、電気自動車に使用されるバッテリーは、経年変化により容量が低下してしまう。この容量の低下（以下、劣化ともいう）は、バッテリーの充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が、所定範囲内にある場合に進行しやすい。特に、電気自動車が走行中である場合に、ＳＯＣが上記所定範囲内に入っていると、バッテリーの劣化が比較的早く進行してしまうという問題があった。
上記問題に関連して、車両の走行中において、バッテリーの劣化が進行しやすいＳＯＣ帯に該当することを条件として、電動モーターの効率を低下させることによってバッテリーに充電された電力の消費速度を増大させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特許第５２００９９１号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術のように、バッテリーの劣化が進行しやすい所定範囲内にＳＯＣが入っている時間を短縮するためにバッテリーに充電された電力の消費速度を増大させると、ＳＯＣの減少速度が増大し、ひいては当該ＳＯＣに基づく走行可能距離の減少速度が増大してしまう。その結果、運転者が電気自動車に異常が発生したと誤認識する可能性があるという問題があった。例え異常が発生したと運転者が認識しなくとも、走行可能距離の急な変化に違和感を与えかねない。
本発明の目的は、電気自動車が走行中である場合に、バッテリーに充電された電力の消費速度が増大されても、運転者が電気自動車に異常が発生したと誤認識する可能性を低減することが可能な電気自動車用制御装置および電気自動車を提供することである。
本発明に係る電気自動車用制御装置は、
充放電可能なバッテリーと、前記バッテリーに充電された電力の供給を受けて駆動輪を駆動する電動のモーターと、前記バッテリーに充電された直流電力を交流電力に変換して前記モーターに印加するインバーターと、を備えた電気自動車を制御する電気自動車用制御装置であって、
前記電気自動車が走行中であり、前記バッテリーが劣化しやすい状態である場合、前記モーターの効率を低減させる制御を実行することによって前記バッテリーに充電された電力の消費速度を増大させる効率制御部と、
前記バッテリーのＳＯＣと走行係数とを用いて前記電気自動車の走行可能距離を算出する走行可能距離算出部と、
前記効率制御部により前記モーターの効率を低減させる制御が実行される前後で、前記走行可能距離算出部により算出される走行可能距離の変化が小さくなるように、前記走行係数を補正する走行係数補正部と、
を備える。
本発明に係る電気自動車は、上記電気自動車用制御装置を備える。
本発明によれば、電気自動車が走行中である場合に、バッテリーに充電された電力の消費速度が増大されても、運転者が電気自動車に異常が発生したと誤認識する可能性を低減することができる。
本実施の形態における電気自動車の構成を示す図である。 本実施の形態における制御装置の要部機能の構成を示すブロック図である。 バッテリーのＳＯＣと、バッテリーの劣化速度との関係を表す図である。 本実施の形態における制御装置の動作例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における電気自動車１の構成を示す図である。
図１に示すように、電気自動車１は、制御装置１０（本発明の「電気自動車用制御装置」に対応）、モーター１１、インバーター１２、バッテリー１３、トランスミッション１４、プロペラシャフト１５、ディファレンシャルギア１６および駆動輪１７を有する。
制御装置１０は、モーター１１、インバーター１２、バッテリー１３、およびトランスミッション１４の動作を制御する。なお、モーター１１、インバーター１２、バッテリー１３、およびトランスミッション１４のそれぞれの制御は、例えば個別に設けられたＥＣＵ（Electric Control Unit）が互いにＣＡＮ（Control Area Network）通信を行いながら協働して制御を実施していてもよいが、本実施の形態では１つの制御装置１０により各構成が制御されるものとして説明する。
制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）、および、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリ等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭから制御プログラムを読み出してＲＡＭに展開し、展開した制御プログラムと協働してモーター１１、インバーター１２、バッテリー１３、およびトランスミッション１４の動作を集中制御する。
モーター１１は、充放電可能なバッテリー１３から供給される電力を用いて回転し、トランスミッション１４を介してプロペラシャフト１５に電気自動車の駆動トルクを出力する。モーター１１の出力した駆動トルクは、プロペラシャフト１５およびディファレンシャルギア１６を介して駆動輪１７に伝達される。
インバーター１２は、制御装置１０によりモーター１１の駆動が要求された場合に、バッテリー１３の直流電力を３相交流電力に変換してモーター１１に供給する。バッテリー１３は、制御装置１０によりモーター１１の駆動が要求された場合に、インバーター１２を介してモーター１１に対して電力を供給する。
トランスミッション１４は、例えばＡＭＴ(Automated Manual Transmission)、トルコンＡＴ（Automatic Transmission）等のオートマチックトランスミッション、あるいはマニュアルトランスミッションであり、モーター１１の出力軸とプロペラシャフト１５とを接続あるいは切断する変速機構を有する。
図２は、本実施の形態における制御装置１０の要部機能の構成を示すブロック図である。図２に示すように、制御装置１０は、劣化判定部２０、効率制御部２２、走行可能距離算出部２４、走行係数補正部２６、バッテリー制御部２８および報知制御部３０を備える。
劣化判定部２０は、バッテリー１３が劣化しやすい状態であるかについて判定する。具体的には、劣化判定部２０は、バッテリー１３のＳＯＣが、当該バッテリー１３が劣化しやすい所定範囲Ｒ１（図３参照）内にあるか否かを判定する。図３は、バッテリー１３のＳＯＣと、バッテリー１３の劣化速度との関係を表す図である。図３に示すように、バッテリー１３のＳＯＣが０［％］からＳ１［％］を経てＳ２［％］に向かい増大するとバッテリー１３の劣化速度も増大する一方、バッテリー１３のＳＯＣがＳ２［％］からＳ３［％］を経て１００［％］に向かい増大するとバッテリー１３の劣化速度は減少する。バッテリー１３の劣化（経年変化による容量低下）は、バッテリー１３のＳＯＣが所定範囲Ｒ１（Ｓ１〜Ｓ３）内にある、すなわちバッテリー１３の劣化速度が所定速度Ｖ以上である場合に進行しやすい。特に、電気自動車１が走行中である場合に、ＳＯＣが上記所定範囲Ｒ１内に入っていると、バッテリー１３の劣化が比較的早く進行してしまう。
なお、劣化判定部２０は、バッテリー１３が劣化しやすい状態であるかについて判定するために、ＳＯＣの値に応じて定まる当該バッテリー１３の劣化速度が所定速度Ｖ（図３参照）以上であるか否かについて判定しても良い。
効率制御部２２は、電気自動車１が走行中であり、劣化判定部２０によりバッテリー１３が劣化しやすい状態であると判定された場合、バッテリー１３の劣化が進行しやすい所定範囲Ｒ１内にＳＯＣが入っている時間を短縮するため、モーター１１の効率を低減させる制御を実行することによってバッテリー１３に充電された電力の消費速度を増大させる。本実施の形態では、効率制御部２２は、モーター１１の電流位相角を変更することによってモーター１１の効率を低減させる（例えば、特許文献１を参照）。
走行可能距離算出部２４は、バッテリー１３のＳＯＣと走行係数（走行可能距離を算出する際に乗ずる係数）とを用いて電気自動車１の走行可能距離を算出する。すなわち、走行可能距離算出部２４は、バッテリー１３のＳＯＣと走行係数とを乗算することによって電気自動車１の走行可能距離を算出する。走行可能距離算出部２４により算出された走行可能距離は、電気自動車１の車内に設置されている表示部（図示せず）に対して、各種の情報（例えば電気自動車１の現在速度）と共に表示される。
走行係数補正部２６は、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部２４により算出される走行可能距離の変化が小さくなるように走行係数を補正する。走行係数を補正しない場合、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部２４により算出される走行可能距離の減少速度が増大してしまう。その結果、運転者が電気自動車１に異常が発生したと誤認識する可能性がある。例え異常が発生したと運転者が認識しなくとも、走行可能距離の急な変化に違和感を与えかねない。
そこで本実施の形態では、走行係数補正部２６は、モーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離の変化が小さくなるように走行係数を増大補正する。なお、運転者が電気自動車１に異常が発生したと誤認識する可能性をなくす観点からは、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部２４により算出される走行可能距離が同一となるように走行係数を補正することが望ましい。
バッテリー制御部２８は、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行された場合、バッテリー１３におけるＳＯＣの使用範囲の下限値を低減させる。これにより、モーター１１の効率を低減させる制御を行う場合に、ＳＯＣの減少速度の増大に伴い、当該ＳＯＣに基づく走行可能距離が減少してしまうことを防止することができる。
報知制御部３０は、電気自動車１が走行中であり、劣化判定部２０によりバッテリー１３が劣化しやすい状態であると判定された直後、モーター１１の効率を低減させる制御が実行される旨を報知させる制御を行う。報知制御部３０は、例えば運転席のメーターパネル等に設けられるランプ（警告灯）点灯してモーター１１の効率を低減させる制御が実行される旨を報知させる。なお、報知制御部３０は、モーター１１の効率を低減させる制御が実行される旨を音声通知により報知させても良い。
次に、図４のフローチャートを参照し、本実施の形態における制御装置１０の動作例について説明する。
まず、制御装置１０は、電気自動車１が走行中であるか否かについて判定する（ステップＳ１００）。判定の結果、電気自動車１が走行中でない場合（ステップＳ１００、ＮＯ）、制御装置１０は、図４における処理を終了する。
一方、電気自動車１が走行中である場合（ステップＳ１００、ＹＥＳ）、劣化判定部２０は、バッテリー１３のＳＯＣが、当該バッテリー１３が劣化しやすい所定範囲Ｒ１内にあるか否かについて判定する（ステップＳ１２０）。判定の結果、バッテリー１３のＳＯＣが所定範囲Ｒ１内にない場合（ステップＳ１２０、ＮＯ）、制御装置１０は、図４における処理を終了する。
一方、バッテリー１３のＳＯＣが所定範囲Ｒ１内にある場合（ステップＳ１２０、ＹＥＳ）、報知制御部３０は、モーター１１の効率を低減させる制御が実行される旨を報知させる制御を行う（ステップＳ１４０）。
次に、効率制御部２２は、モーター１１の効率を低減させる制御を実行することによってバッテリー１３に充電された電力の消費速度を増大させる（ステップＳ１６０）。
次に、走行係数補正部２６は、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部２４により算出される走行可能距離の変化が小さくなるように走行係数を補正する（ステップＳ１８０）。
最後に、バッテリー制御部２８は、バッテリー１３におけるＳＯＣの使用範囲の下限値を低減させる（ステップＳ２００）。ステップＳ２００における処理が完了することによって、制御装置１０は、図４における処理を終了する。
以上詳しく説明したように、本実施の形態では、制御装置１０は、電気自動車１が走行中であり、バッテリー１３が劣化しやすい状態である場合、モーター１１の効率を低減させる制御を実行することによってバッテリー１３に充電された電力の消費速度を増大させる効率制御部２２と、バッテリー１３のＳＯＣと走行係数とを用いて電気自動車１の走行可能距離を算出する走行可能距離算出部２４と、効率制御部２２によりモーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で、走行可能距離算出部２４により算出される走行可能距離の変化が小さくなるように、走行係数を補正する走行係数補正部２６とを備える。
このように構成した本実施の形態によれば、バッテリー１３の劣化が進行しやすい所定範囲Ｒ１内にＳＯＣが入っている時間を短縮するためにモーター１１の効率を低減させる制御を行う場合、バッテリー１３に充電された電力の消費速度の増大に伴い実際の走行可能距離の減少速度が増大してしまうものの、走行係数の増大補正により、モーター１１の効率を低減させる制御が実行される前後で走行可能距離算出部２４により算出され表示される走行可能距離の変化は小さくなる。そのため、運転者が電気自動車１に異常が発生したと誤認識する可能性を低減することができる。
なお、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明は、電気自動車が走行中である場合に、バッテリーに充電された電力の消費速度が増大されても、運転者が電気自動車に異常が発生したと誤認識する可能性を低減することが可能な電気自動車用制御装置および電気自動車として有用である。
１ 電気自動車
１０ 制御装置
１１ モーター
１２ インバーター
１３ バッテリー
１４ トランスミッション
１５ プロペラシャフト
１６ ディファレンシャルギア
１７ 駆動輪
２０ 劣化判定部
２２ 効率制御部
２４ 走行可能距離算出部
２６ 走行係数補正部
２８ バッテリー制御部
３０ 報知制御部

Claims (6)

  1. 充放電可能なバッテリーと、前記バッテリーに充電された電力の供給を受けて駆動輪を駆動する電動のモーターと、前記バッテリーに充電された直流電力を交流電力に変換して前記モーターに印加するインバーターと、を備えた電気自動車を制御する電気自動車用制御装置であって、
    前記電気自動車が走行中であり、前記バッテリーが劣化しやすい状態である場合、前記モーターの効率を低減させる制御を実行することによって前記バッテリーに充電された電力の消費速度を増大させる効率制御部と、
    前記バッテリーのＳＯＣと走行係数とを用いて前記電気自動車の走行可能距離を算出する走行可能距離算出部と、
    前記効率制御部により前記モーターの効率を低減させる制御が実行される前後で、前記走行可能距離算出部により算出される走行可能距離の変化が小さくなるように、前記走行係数を補正する走行係数補正部と、
    を備える電気自動車用制御装置。
  2. 前記走行係数補正部は、前記効率制御部により前記モーターの効率を低減させる制御が実行される前後で、前記走行可能距離算出部により算出される走行可能距離が同一となるように、前記走行係数を補正する、
    請求項１に記載の電気自動車用制御装置。
  3. 前記バッテリーが劣化しやすい状態とは、前記バッテリーのＳＯＣが、当該バッテリーが劣化しやすい所定範囲にある状態である、
    請求項１または２に記載の電気自動車用制御装置。
  4. 前記バッテリーが劣化しやすい状態とは、前記ＳＯＣの値に応じて定まる当該バッテリーの劣化速度が所定速度以上である状態である、
    請求項１または２に記載の電気自動車用制御装置。
  5. 前記効率制御部により前記モーターの効率を低減させる制御が実行された場合、前記バッテリーにおけるＳＯＣの使用範囲の下限値を低減させるバッテリー制御部を備える、
    請求項１〜４の何れか１項に記載の電気自動車用制御装置。
  6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の電気自動車用制御装置を備える電気自動車。
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