JP2020058207A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の内圧の過度の上昇を抑制する。【解決手段】蓄電装置の許容入力電力および許容出力電力の範囲内でモータを制御する。そして、走行予定ルートにおける対象下り坂区間でモータの回生駆動による蓄電装置の充電により蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなると予測したときには、対象下り坂区間での許容入力電力を小さくする。これにより、対象下り坂区間で、モータの回生駆動による蓄電装置の入力電力が大きくなるのを抑制することができ、蓄電装置の内圧の過度の上昇を抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、走行用のモータを備える電動車両に関する。

従来、この種の車両としては、走行用のエンジンおよびモータと、モータと電力をやりとりする蓄電池とを備える車両において、蓄電池の残容量が第１残容量に近づくように蓄電池の第１充放電要求出力を設定すると共に要求駆動力と第１充放電要求出力とに基づいてエンジンおよびモータを制御する第１制御と、蓄電池の残容量が第１残容量よりも低い第２残容量に近づくように且つ第１充放電要求出力よりも大きくなるように蓄電池の第２充放電要求出力を設定すると共に要求駆動力と第２充放電要求出力とに基づいてエンジンおよびモータを制御する第２制御と、を切り替えて実行するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、基本的には、車両の走行予定ルートの対象下り坂区間の開始地点よりも手前の下り坂制御開始地点から対象下り坂区間の終了地点までの区間を制御区間として特定し、制御区間以外の区間を車両が走行するときには第１制御を実行し、制御区間を車両が走行するときには第２制御を実行する。そして、車両が下り坂制御開始地点に到達した時点で蓄電池の残容量が第２残容量以下の判定閾値よりも小さいときには、第２制御の実行を開始することなく、第１制御の実行を継続する。

特開２０１７−３５９６４号公報

こうした車両では、下り坂でモータの回生駆動による蓄電装置の充電が継続すると、蓄電装置の内圧が上昇する。蓄電装置の内圧が過度に上昇すると、蓄電装置の保護のために許容入力電力が十分に小さい値に且つ比較的長時間に亘って制限され、車両のエネルギ効率やドライバビリティが悪化する懸念がある。このため、蓄電装置の内圧の過度の上昇を抑制することが求められる。

本発明の電動車両は、蓄電装置の内圧の過度の上昇を抑制することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
走行用のモータと、
前記モータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記蓄電装置の許容入力電力および許容出力電力の範囲内で前記モータを制御する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、走行予定ルートにおける対象下り坂区間で前記モータの回生駆動による前記蓄電装置の充電により前記蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなると予測したときには、前記対象下り坂区間での前記許容入力電力を小さくする、
ことを要旨とする。

この本発明の電動車両では、蓄電装置の許容入力電力および許容出力電力の範囲内でモータを制御する。そして、走行予定ルートにおける対象下り坂区間でモータの回生駆動による蓄電装置の充電により蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなると予測したときには、対象下り坂区間での許容入力電力を小さくする。これにより、対象下り坂区間で、モータの回生駆動による蓄電装置の入力電力が大きくなるのを抑制することができ、蓄電装置の内圧の過度の上昇を抑制することができる。この結果、車両のエネルギ効率やドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。

本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記対象下り坂区間で前記蓄電装置の充電電力量である区間充電電力量を推定し、前記区間充電電力量に基づいて前記対象下り坂区間の終了地点に到達するときの前記蓄電装置の内圧である終了地点内圧を推定し、前記終了地点内圧と前記所定内圧との比較により前記対象下り坂区間で前記蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなるか否かを予測するものとしてもよい。こうすれば、対象下り坂区間で蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなるか否かをより適切に予測することができる。

この場合、前記制御装置は、前記終了地点内圧が前記所定内圧よりも高いときには、前記対象下り坂区間での前記許容入力電力を、前記終了地点内圧が高いほど小さくなる（制限が厳しくなる）ように設定するものとしてもよい。

本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記対象下り坂区間で前記蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなり且つ前記蓄電装置の電圧が所定電圧よりも高くなると予測したときに、前記対象下り坂区間での前記許容入力電力を小さくするものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記対象下り坂区間で前記蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなり且つ前記蓄電装置の蓄電割合が所定割合よりも高くなると予測したときに、前記対象下り坂区間での前記許容入力電力を小さくするものとしてもよい。こうすれば、対象下り坂区間で許容入力電力を小さくするか否かをより適切に判断することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される入力制限補正ルーチンの一例を示すフローチャートである。 車両が対象下り坂区間を走行する際の標高Ｈとバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎおよび内圧Ｐｉｎとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、ナビゲーション装置４０と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ラインを介してバッテリ３６に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット５０によってインバータ３４の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。バッテリ３６は、例えばニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池として構成されている。

ナビゲーション装置４０は、図示しないが、装置本体やＧＰＳアンテナ、ディスプレイを備える。装置本体は制御部を有し、制御部は、地図情報などが記憶された記憶媒体や、入出力ポート、通信ポートを有する。地図情報には、サービス情報（例えば、観光情報や駐車場など）や、各走行区間（例えば、信号機間や交差点間など）の道路情報などがデータベースとして記憶されており、道路情報には、距離情報や、幅員情報、車線数情報、地域情報（市街地や郊外）、種別情報（一般道路や高速道路）、勾配情報、法定速度、信号機の数などが含まれる。ＧＰＳアンテナは、自車の現在地に関する情報を受信する。ディスプレイは、自車の現在地に関する情報や目的地までの走行予定ルートなどの各種情報を表示すると共にユーザが各種指示を入力可能なタッチパネルタイプのディスプレイとして構成されている。ナビゲーション装置４０は、電子制御ユニット５０と通信ポートを介して接続されている。

このナビゲーション装置４０は、ユーザによるディスプレイの操作により目的地が設定されると、本体に記憶された地図情報とＧＰＳアンテナからの自車の現在地と目的地とに基づいて自車の現在地から目的地までの走行予定ルートを設定し、設定した走行予定ルートをディスプレイに表示してルート案内を行なう。

電子制御ユニット５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵに加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する図示しない電流センサからのモータ３２の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂ、バッテリ３６に取り付けられた温度センサ３６ｃからのバッテリ３６の温度Ｔｂ、バッテリ３６に取り付けられた圧力センサ３６ｄからのバッテリ３６の内圧Ｐｉｎも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖ、標高センサ６９からの標高Ｈも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、インバータ３４の複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット５０は、上述したように、ナビゲーション装置６０と通信ポートを介して接続されている。

電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。また、電子制御ユニット５０は、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣと温度センサ３６ｃからのバッテリ３６の温度Ｔｂとに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔのベース値Ｗｉｎｂ，Ｗｏｕｔｂを設定し、基本的には、このベース値Ｗｉｎｂ，Ｗｏｕｔｂを入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔに設定している。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ３６を充放電してもよい許容入出力電力であり、出力制限Ｗｏｕｔは、値０以上の値として設定され、入力制限Ｗｉｎは、値０以下の値として設定される。バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎは、後述の図２の入力制限補正ルーチンにより、補正される（ベース値Ｗｉｎｂとは異なる値が設定される）場合がある。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、最初に、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルク要求トルクＴｄ＊を設定する。続いて、バッテリ３６の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｄ＊が駆動軸２６に出力されるようにモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を設定する。そして、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようにインバータ３４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを補正する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される入力制限補正ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、自車の現在地が対象下り坂区間の開始点よりも所定距離だけ手前の地点に到達したときに実行される。なお、電子制御ユニット５０は、本ルーチンと並行して、ナビゲーション装置４０からの走行予定ルートに基づいて、所定数の走行区間に亘って下り坂が継続する対象下り坂区間を抽出する。

入力制限補正ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、最初に、地図データや対象下り坂区間、圧力センサ３６ｄからのバッテリ３６の内圧Ｐｉｎなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。

続いて、対象下り坂区間での（対象下り坂区間の開始地点から終了地点までの）バッテリ３６の充電電力量である区間充電電力量Ｑｃｈを推定する（ステップＳ１１０）。ここで、バッテリ３６の区間充電電力量Ｑｃｈは、地図データにおける対象下り坂区間の開始地点および終了地点の標高差ΔＨ（位置エネルギの変化量）に基づいて推定するものとしたり、この標高差ΔＨに加えて、地図データにおける対象下り坂区間の距離Ｌと車速センサ６８からの車速Ｖとを加味して推定したりすることができる。

こうしてバッテリ３６の区間充電電力量Ｑｃｈを推定すると、推定したバッテリ３６の区間充電電力量Ｑｃｈとバッテリ３６の現在の内圧Ｐｉｎとに基づいて、自車が対象下り坂区間の終了地点に到達するときのバッテリ３６の内圧である終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄを推定する（ステップＳ１２０）。このバッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄの推定は、例えば、バッテリ３６の区間充電電力量Ｑｃｈに基づいて電圧上昇量ΔＶｃｈを推定し、推定した電圧上昇量ΔＶｃｈを内圧上昇量ΔＰｉｎ１を推定し、バッテリ３６の温度Ｔｂなどに基づいてバッテリ３６の内圧低下量ΔＰｉｎ２を推定し、バッテリ３６の現在の内圧Ｐｉｎに内圧上昇量ΔＰｉｎ１を加えて内圧低下量ΔＰｉｎ２を減じた値を終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄに設定することにより行なうことができる。

そして、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄを許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍは、バッテリ３６に許容される内圧の上限値である。対象下り坂区間では、運転者がアクセルペダル６３の踏込を緩めたり離したりしてモータ３２の回生駆動（バッテリ３６の充電）がモータ３２の力行駆動（バッテリ３６の放電）に比して頻繁にまたは継続して行なわれやすく、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎが上昇しやすい。ステップＳ１３０の処理は、自車が対象下り坂区間を走行中にバッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えるか否かを予測する処理である。なお、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限電圧Ｐｉｎｌｉｍを超過すると、バッテリ３６の保護のために、入力制限Ｗｉｎ十分に大きい（絶対値としては十分に小さい）値Ｗｉｎ１（例えば、値０やそれよりも若干小さい値）に且つ比較的長時間に亘って制限する保護処理を実行するものとした。

ステップＳ１３０でバッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍ以下のときには、自車が対象下り坂区間を走行中にバッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えないと予測し、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを補正することなく、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１３０でバッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高いときには、自車が対象下り坂区間を走行中にバッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えると予測し、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎをベース値Ｗｉｎｂよりも大きく且つ上述の値Ｗｉｎ１よりも小さい値（絶対値として、ベース値Ｗｉｎｂの絶対値よりも小さく且つ値Ｗｉｎ１の絶対値よりも大きい値）Ｗｉｎ２に補正して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これにより、対象下り坂区間で、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎが過度に上昇して許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えるのを抑制することができる。この結果、上述の保護処理を実行するのを抑制することができる。

図３は、車両が対象下り坂区間を走行する際の標高Ｈとバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎおよび内圧Ｐｉｎとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は実施例を示し、一点鎖線は比較例を示す。比較例では、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄと許容上限電圧Ｐｉｎｌｉｍとの大小関係を考慮しないものとした。実施例および比較例で、車両の現在地が対象下り坂区間の開始地点に到達するまでは（時刻ｔ２までは）、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎにベース値Ｗｉｎｂが設定される。

そして、比較例の場合、図３の一点鎖線に示すように、車両が対象下り坂区間を走行する際もバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎをベース値Ｗｉｎｂで保持し、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎが上昇して許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えると（時刻ｔ３）、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎが値Ｗｉｎ１に変化し、その状態が比較的長時間に亘って継続する。このため、車両のエネルギ効率やドライバビリティが悪化する懸念がある。

これに対して、実施例の場合、図３の実線に示すように、自車の現在地が対象下り坂区間の開始点よりも所定距離だけ手前の地点に到達したときに（時刻ｔ１）、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高いと判断すると、自車が対象下り坂区間の開始地点に到達してから終了地点に到達するまで（時刻ｔ２〜ｔ４）、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを、ベース値Ｗｉｎｂよりも大きく且つ値Ｗｉｎ１よりも小さい値（絶対値として、ベース値Ｗｉｎｂの絶対値よりも小さく且つ値Ｗｉｎ１の絶対値よりも大きい値）Ｗｉｎ２に変更する。これにより、対象下り坂区間で、モータ３２の回生駆動によるバッテリ３６の入力電力が大きくなるのを抑制し、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限圧力Ｐｉｎｌｉｍを超えるのを抑制することができる。この結果、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを値Ｗｉｎ１にするのを抑制し、エネルギ効率やドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。なお、自車が対象下り坂区間の終了地点を通過すると（時刻ｔ４）、バッテリ３６の入力制限Ｗｉｎをベース値Ｗｉｎｂに戻す。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高いときには、自車が対象下り坂区間を走行中にバッテリ３６の内圧Ｐｉｎが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍを超えると予測し、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを大きくする（絶対値としては小さくする）。これにより、対象下り坂区間で、モータ３２の回生駆動によるバッテリ３６の入力電力が大きくなるのを抑制し、バッテリ３６の内圧Ｐｉｎの過度の上昇を抑制することができる。この結果、車両のエネルギ効率やドライバビリティが悪化するのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高いときには、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎをベース値Ｗｉｎｂよりも大きく且つ上述の値Ｗｉｎ１よりも小さい値（絶対値として、ベース値Ｗｉｎｂの絶対値よりも小さく且つ値Ｗｉｎ１の絶対値よりも大きい値）Ｗｉｎ２に補正するものとした。ここで、値Ｗｉｎ２は、一律の値を用いるものとしてもよいし、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが高いほど大きくなる（絶対値としては小さくなる）ように設定されるものとしてもよい。後者の場合、入力制限Ｗｉｎをバッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄに応じてより適切に設定して、バッテリ３６の内圧の過度の上昇を抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高いときに、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを大きくする（絶対値としては小さくする）ものとした。しかし、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高く且つバッテリ３６の終了地点電圧Ｖｂｅｎｄが許容上限電圧Ｖｂｌｉｍよりも高いときに、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを大きくする（絶対値としては小さくする）ものとしてもよい。また、しかし、バッテリ３６の終了地点内圧Ｐｉｎｅｎｄが許容上限内圧Ｐｉｎｌｉｍよりも高く且つバッテリ３６の終了地点蓄電割合ＳＯＣｅｎｄが許容上限割合ＳＯＣｌｉｍよりも高いときに、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを大きくする（絶対値としては小さくする）ものとしてもよい。こうすれば、対象下り坂区間でのバッテリ３６の入力制限Ｗｉｎを大きくする（絶対値としては小さくする）か否かをより適切に判断することができる。

実施例では、モータ３２およびバッテリ３６を備える電気自動車２０の構成としたが、これらに加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の構成としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動車両の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２，２２４ モータ、３２ａ 回転位置センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、４０ ナビゲーション装置、５０ 電子制御ユニット、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ。

Claims (1)

1. 走行用のモータと、
   前記モータと電力をやりとりする蓄電装置と、
   前記蓄電装置の許容入力電力および許容出力電力の範囲内で前記モータを制御する制御装置と、
   を備える電動車両であって、
   前記制御装置は、走行予定ルートにおける対象下り坂区間で前記モータの回生駆動による前記蓄電装置の充電により前記蓄電装置の内圧が所定内圧よりも高くなると予測したときには、前記対象下り坂区間での前記許容入力電力を小さくする、
   電動車両。

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