JP2019208309A

JP2019208309A - 電動車両の駆動制御装置

Info

Publication number: JP2019208309A
Application number: JP2018102007A
Authority: JP
Inventors: ビクラムメノン; Menon Vikram; マーカスウール; Uhl Markus
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-12-05
Also published as: WO2019230288A1

Abstract

【課題】複数の並列接続されたバッテリパックを備える電動車両において、偏ったバッテリ劣化を抑制することができる駆動制御装置を提供すること。【解決手段】駆動制御装置５は、複数のバッテリパック４が並列接続された電動車両１の駆動制御装置５であって、複数のバッテリパック４のうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択するバッテリ制御ユニット５０と、バッテリ制御ユニット５０により選択されたバッテリパックからモータ６０に電力を供給する電力供給部５１と、選択されたバッテリパックの電力容量情報を取得する電力容量取得部５２と、を含み、電力容量取得部５２により取得される選択されたバッテリパックの電力容量が所定値ＴＨ以下となった場合、バッテリ制御ユニット５０は、選択されたバッテリパック以外のバッテリパックを駆動用バッテリパックとして選択することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の駆動制御装置に関する。

近年、環境負荷低減の観点から、トラック等の商用車においても電動車両化が検討されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記商用車は、乗用車と比較して、ユーザの要望に応じた車両仕様バリエーションが非常に多く存在することから、選択された電動商用車の仕様に対する最適なバッテリ容量も条件により様々存在する。

このような様々なバッテリ容量に応じてバッテリパックのバリエーションを設けると、それぞれのバッテリパックの設計及び製造に係る大幅なコスト上昇を招来する虞が生じる。そのため、要求されるバッテリ容量に応じた個数の所定容量のバッテリパックを並列に接続することにより、コストを抑制しつつも車両仕様に対するバッテリ容量の最適化を図る対応が考えられる。

特開２０１６−１１３０６３号公報

しかしながら、上記のように並列に接続された複数のバッテリパックを電動車両に搭載すると、バッテリパックから負荷へ電力を供給するための配線の距離が、それぞれのバッテリパックによって異なる場合が生じ得る。そのため、並列に接続されたバッテリパックが同時に使用されると、負荷への配線距離が相対的に近いバッテリパックが、相対的に遠いバッテリパックよりも、その配線抵抗が小ささに応じた分だけ多くの電流が出力されてしまう。そのため、各バッテリパックは、配線距離に伴って劣化の進行速度に差が生じてしまう虞が生じる。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の並列接続されたバッテリパックを備える電動車両において、偏ったバッテリ劣化を抑制することができる電動車両の駆動制御装置を提供することにある。

本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、複数のバッテリパックが並列接続された電動車両の駆動制御装置であって、前記複数のバッテリパックのうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択するバッテリパック選択部と、前記バッテリパック選択部により選択されたバッテリパックから前記電動車両の駆動装置に電力を供給する電力供給部と、前記選択されたバッテリパックの電力容量情報を取得する電力容量取得部と、を含み、前記電力容量取得部により取得される前記選択されたバッテリパックの電力容量が所定値以下となった場合、前記バッテリパック選択部は、前記選択されたバッテリパック以外のバッテリパックを駆動用バッテリパックとして選択する。

本発明に係る電動車両の駆動制御装置は、電動車両が有する複数のバッテリパックのうち、いずれか１つが駆動用バッテリパックとして選択され、当該駆動用バッテリパックの電力容量が低下した場合に、他のバッテリパックが駆動用バッテリパックとして選択される。すなわち、本発明の駆動制御装置は、複数のバッテリパックを順次独立して使用するため、電力供給部までの配線距離が異なるバッテリパック間で出力電流が異なる状態が常態化せず、両者のそれぞれの出力電流を個別に管理することができる。従って、本発明に係る電動車両の駆動制御装置によれば、複数の並列接続されたバッテリパックを備える電動車両において、走行用の電力源としてのバッテリパックを残りの電力容量に応じて順次切り替えることができ、偏ったバッテリ劣化を抑制することができる。

本発明に係る電動車両を示す構成図である。駆動制御装置が実行する電力制御を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

図１は、本発明に係る電動車両１を示す構成図である。より詳しくは、図１は、主に走行駆動に係る電力系統を模式的に示す電動車両１の部分構成図である。本実施形態に係る電動車両１は、サイドレール２、配電部３、複数のバッテリパック４、駆動制御装置５、駆動ユニット６、リアアクスル７、駆動輪８、及び複数のケーブル９を備える電動トラックである。尚、電動車両１は、上記した構成以外にも、従来の電動トラックが備えるコンポーネントを適宜備えている。

本実施形態において、電動車両１は、走行用駆動源として電動機（後述するモータ６０）を備える電気自動車として想定されているが、エンジンを更に備えるハイブリッド自動車であってもよい。また、電動車両１は電動トラックに限定されることなく、車両を駆動するためのバッテリを備える他の商用車であってもよい。

サイドレール２は、車幅方向に対して互いに平行に配置される左サイドレール２Ｌ及び右サイドレール２Ｒからなり、電動車両１の車両長手方向に沿って延在する。そして、サイドレール２は、電動車両１に搭載される重量物を支持する。

配電部３は、電動車両１に搭載される様々な電動補機に電力を配電する所謂ＰＤＵ（Power Distribution Unit）である。

複数のバッテリパック４は、電動車両１の走行用電力、及び配電部３を介して電動補機で消費される電力を供給する二次電池である。それぞれのバッテリパック４は、車両長手方向に対して前方及び後方にそれぞれ電力を供給できるよう構成されている。本実施形態においては、複数のバッテリパック４は、並列接続された第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂの２つからなるものとして説明するが、バッテリパックの個数はこれに限定されるものではない。

ここで、第１バッテリパック４ａは、第１スイッチＳＷ１と第１蓄電部Ｂ１とを備え、第１スイッチＳＷ１が閉状態である場合に第１蓄電部Ｂ１の放電が許可され、第１スイッチＳＷ１が開状態である場合に第１蓄電部Ｂ１の放電が禁止される。また、第２バッテリパック４ｂは、第１バッテリパック４ａと同様に、第２スイッチＳＷ２と第２蓄電部Ｂ２とを備え、第２スイッチＳＷ２が閉状態である場合に第２蓄電部Ｂ２の放電が許可され、第２スイッチＳＷ２が開状態である場合に第２蓄電部Ｂ２の放電が禁止される。

駆動制御装置５は、「バッテリパック選択部」としてのバッテリ制御ユニット５０、電力供給部５１、及び電力容量取得部５２を含み、電動車両１の走行用電力を制御する。

バッテリ制御ユニット５０は、本実施形態においては、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の開閉を制御すると共に、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂのそれぞれの出力電圧、出力電流、及びバッテリ温度を監視する所謂ＢＣＵ（Battery Control Unit）である。

電力供給部５１は、所謂インバータ（ＩＮＶ）であり、バッテリパック４から供給される直流電力を交流電力に変換して後述するモータ６０へ供給し、電動車両１に対するアクセル操作に応じてモータ６０の回転速度を制御する。

電力容量取得部５２は、第１蓄電部Ｂ１及び第２蓄電部Ｂ２のそれぞれの電力容量情報、すなわちＳＯＣ(State of Charge)を取得し、当該電力容量情報をバッテリ制御ユニット５０へ通知する。

駆動ユニット６は、「駆動装置」としてのモータ６０の他、図示しない減速機構及び差動機構を含み、電力供給部５１から供給される電力を電動車両１の走行駆動力に変換する。これにより、駆動ユニット６は、リアアクスル７を介して走行駆動力を駆動輪８に伝達することで電動車両１を走行させる。

複数のケーブル９は、配電部３と第１バッテリパック４ａとの間、第１バッテリパック４ａと第２バッテリパック４ｂとの間、及び第２バッテリパック４ｂとバッテリ制御ユニット５０との間をそれぞれ電気的に接続する。

上記のような構成により、電動車両１は、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂがケーブル９を介して物理的には直列に接続されているものの、配電部３及び駆動制御装置５に対しては第１蓄電部Ｂ１及び第２蓄電部Ｂ２が電気的には並列に接続されていることになる。

次に、駆動制御装置５の電力制御動作について説明する。図２は、駆動制御装置５が実行する電力制御を示すフローチャートである。

駆動制御装置５は、電動車両１の図示しないイグニションキーがＯＦＦからＯＮへ切り替えられた場合に、図２に示す電力制御をスタートさせる。尚、イグニションキーがＯＦＦの状態においては、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２は、いずれも開状態であり、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂからの電力の出力が禁止されている。

電力制御がスタートすると、駆動制御装置５のバッテリ制御ユニット５０は、複数のバッテリパック４のうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択する。例えば、第１バッテリパック４ａが駆動用バッテリパックとして選択される場合、バッテリ制御ユニット５０は、第２スイッチＳＷ２を開状態に維持し、第１スイッチＳＷ１を閉状態に切り替える（ステップＳ１）。これにより、駆動制御装置５は、第１蓄電部Ｂ１の放電電力が第２バッテリパック４ｂ及び電力供給部５１を介してモータ６０へ供給されるように制御することにより、第１バッテリパック４ａの電力で電動車両１を走行させる。

ステップＳ１において、駆動用バッテリパックからの電力により電動車両１の走行が開始すると、駆動制御装置５の電力容量取得部５２は、選択された駆動用バッテリパック、すなわち、ここでは第１バッテリパック４ａの電力容量情報を取得する。そして、駆動制御装置５は、第１バッテリパック４ａのＳＯＣが所定値ＴＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ここで、所定値ＴＨは、それぞれのバッテリパック４の残容量が、電動車両１の走行を継続できない程度にまで低下したことを判定するために設定される閾値であり、例えば満充電状態のＳＯＣの１５％のように固定値であってもよく、各種パラメータに基づいて適宜算出される変動値であってもよい。

ステップＳ２において、第１バッテリパック４ａのＳＯＣが所定値ＴＨ以上であると判定された場合（ステップＳ２でＮｏ）、駆動制御装置５は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の開閉制御を維持し、引き続き電動車両１を第１バッテリパック４ａの電力により走行させる。

ステップＳ２において、第１バッテリパック４ａのＳＯＣが所定値ＴＨ未満であると判定された場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、駆動制御装置５は、第１バッテリパック４ａのＳＯＣ残量で電動車両１の走行を継続できないと判定し、電動車両１のドライバーに第１バッテリパック４ａの残量低下を通知する（ステップＳ３）。

ここで、残量低下の通知は、例えば、電動車両１の運転席に設けられる表示灯や音声出力等の手段により行うことができる。そして、当該通知により、駆動制御装置５は、電動車両１のドライバーに対してイグニションキーのＯＦＦ／ＯＮ操作を促し、キー操作が為されたか否かを判定する（ステップＳ４）。

ステップＳ４において、キー操作が検出されるまでは（ステップＳ４でＮｏ）、駆動制御装置５は、第１バッテリパック４ａのＳＯＣ残量で可能な限り電動車両１の走行を試みる。

一方、ステップＳ４において、キー操作が検出された場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、駆動制御装置５のバッテリ制御ユニット５０は、複数のバッテリパック４のうち、駆動用バッテリパックとして選択された第１バッテリパック４ａ以外のバッテリパック、すなわち、ここでは、第２バッテリパック４ｂをあらためて駆動用バッテリパックとして選択する。つまり、バッテリ制御ユニット５０は、第１スイッチＳＷ１を閉状態から開状態に切り替え、第２スイッチＳＷ２を開状態から閉状態に切り替える（ステップＳ５）。これにより、駆動制御装置５は、第２蓄電部Ｂ２の放電電力が電力供給部５１を介してモータ６０へ供給されるように制御することにより、第２バッテリパック４ｂの電力で電動車両１を走行させる。

ステップＳ５において、駆動用バッテリパックからの電力により電動車両１の走行が再開されると、駆動制御装置５の電力容量取得部５２は、選択された駆動用バッテリパック、すなわち、ここでは第２バッテリパック４ｂの電力容量情報を取得する。そして、駆動制御装置５は、第２バッテリパック４ｂのＳＯＣが所定値ＴＨ未満であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、第２バッテリパック４ｂのＳＯＣが所定値ＴＨ以上であると判定された場合（ステップＳ６でＮｏ）、駆動制御装置５は、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の開閉制御を維持し、引き続き電動車両１を第２バッテリパック４ｂの電力により走行させる。

ステップＳ６において、第２バッテリパック４ｂのＳＯＣが所定値ＴＨ未満であると判定された場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、駆動制御装置５は、第２バッテリパック４ｂのＳＯＣ残量で電動車両１の走行を継続できないと判定し、電動車両１のドライバーに第２バッテリパック４ｂの残量低下を通知する（ステップＳ７）。

そして、当該通知により、駆動制御装置５は、電動車両１のドライバーに対してバッテリパック４の充電を促し、電力制御の実行を終了する。

このように、駆動制御装置５は、複数のバッテリパック４に対し、駆動用バッテリパックの選択を順次切り替えることにより、複数のバッテリパック４が同時に放電しないよう制御する。

続いて、本発明に係る駆動制御装置５の効果について説明する。ここでは、本発明の駆動制御装置５に対する比較対象として、上記の複数のバッテリパック４を全て同時に使用して電動車両１を走行させた場合について、図１を参照しつつ説明する。また、説明の簡単化のため、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂが電力供給部５１に対してのみ電力を供給するものとする。

図１において、複数のバッテリパック４を同時に放電させる場合、第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２が共に閉状態に制御されることにより、並列に接続された第１蓄電部Ｂ１と第２蓄電部Ｂ２とが電力供給部５１に同時に電力を供給することになる。

このとき、第２バッテリパック４ｂは、第１バッテリパック４ａよりも電力供給部５１までの配線距離が近いため、その配線抵抗の小ささに応じた分だけ多くの電流が出力されてしまう。従って、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂを同時に使用して電動車両１を走行させた場合、第１バッテリパック４ａよりも第２バッテリパック４ｂがより多くの電流を出力する状態が常態化し、両者の劣化の進行速度に偏りが生じてしまう。

尚、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂが配電部３及び電力供給部５１の両方に電力を供給する場合であっても、配電部３と比較して電力供給部５１が要求する電力が圧倒的に大きいため、両者の劣化の進行速度に偏りが生じる状況は変わらない。

これに対し、本発明に係る駆動制御装置５は、第１バッテリパック４ａ及び第２バッテリパック４ｂを順次独立して使用するため、第１バッテリパック４ａよりも第２バッテリパック４ｂがより多くの電流を出力する状態が常態化せず、両者のそれぞれの電流出力を個別に管理することができる。

以上のように本発明に係る電動車両１の駆動制御装置５によれば、複数のバッテリパック４のうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択し、残りの電力容量に応じて順次駆動用バッテリパックを選択して切り替えるため、バッテリパックごとの劣化の進行速度に偏りが生じる虞を低減することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、駆動制御装置５が実行する電力制御において、先に第１バッテリパック４ａの放電を開始する態様を例示したが、複数のバッテリパック４の使用順序は、これに限られるものではなく、また、例えば残容量を考慮して適宜変更してもよい。

１電動車両
４バッテリパック
４ａ第１バッテリパック
４ｂ第２バッテリパック
５駆動制御装置
６駆動ユニット
５０バッテリ制御ユニット
５１電力供給部
５２電力容量取得部
ＳＷ１〜ＳＷ２第１スイッチ〜第２スイッチ
Ｂ１〜Ｂ２第１蓄電部〜第２蓄電部

Claims

複数のバッテリパックが並列接続された電動車両の駆動制御装置であって、
前記複数のバッテリパックのうち、いずれか１つを駆動用バッテリパックとして選択するバッテリパック選択部と、
前記バッテリパック選択部により選択されたバッテリパックから前記電動車両の駆動装置に電力を供給する電力供給部と、
前記選択されたバッテリパックの電力容量情報を取得する電力容量取得部と、を含み、前記電力容量取得部により取得される前記選択されたバッテリパックの電力容量が所定値以下となった場合、前記バッテリパック選択部は、前記選択されたバッテリパック以外のバッテリパックを駆動用バッテリパックとして選択することを特徴とする電動車両の駆動制御装置。