JP2020072490A - 電動車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】長年使用したときでも蓄電装置の性能の低下を抑制する。【解決手段】電動車両は、走行用の動力を出力可能な電動機と、電動機に電力を供給する蓄電装置と、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する際の充電電流の最大値としての入力制限を設定する制御装置と、を備える。制御装置は、車両の累積使用の程度を示す使用指標の該使用指標の予め定めた最大値に対する割合としての車両使用割合が大きいときには小さいときに比して大きな値を入力制限として設定する。これにより、車両使用割合が大きいときには小さいときに比して大きな電力により蓄電装置を充電することができ、長年使用したときでも蓄電装置の性能の低下を抑制することができる。【選択図】図７

Description

本発明は、電動車両に関し、詳しくは、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する際の充電電流の最大値としての入力制限を設定する制御装置を備える電動車両に関する。
従来、この種の電動車両としては、バッテリの劣化の程度を加味してバッテリ入力電力制限値を設定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、バッテリの劣化の程度が大きいほど小さくなるようにバッテリ入力電力制限値を設定することにより、バッテリの劣化の進行を抑制している。
国際公開２０１０／００５０７９号
しかしながら、上述の電動車両では、車両を長年使用するとバッテリの劣化の程度が大きくなるため、劣化の進行を抑制する必要から小さな値をバッテリ入力電力制限値として設定する。このため、バッテリの性能を十分に発揮させることができず、延いては車両の性能を十分に発揮させることができない。
本発明の電動車両は、長年使用したときでも蓄電装置の性能の低下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、
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機に電力を供給する蓄電装置と、外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する際の充電電流の最大値としての入力制限を設定する制御装置と、を備える電動車両であって、
前記制御装置は、車両の累積使用の程度を示す使用指標の該使用指標の予め定めた最大値に対する割合としての車両使用割合が大きいときには小さいときに比して大きな値を前記入力制限として設定する、
ことを特徴とする。
この本発明の電動車両では、外部電源からの電力を用いて蓄電装置を充電する際の充電電流の最大値としての入力制限を設定する。この際、車両の累積使用の程度を示す使用指標の該使用指標の予め定めた最大値に対する割合としての車両使用割合が大きいときには小さいときに比して大きな値を入力制限として設定する。これにより、長年使用し寿命が短くなった車両でも蓄電装置の性能の低下を抑制することができ、延いては車両の性能の低下を抑制することができる。ここで、使用指標としては、累積走行距離や使用年数を用いることができる。この場合、使用指標の予め定めた最大値としては、使用指標として累積走行距離を用いる場合には１５万キロメートルや２０万キロメートルなどを用いることができ、使用指標として使用年数を用いる場合には１０年や１５年などを用いることができる。
本発明の電動車両において、前記制御装置は、前記蓄電装置の満充電容量の初期値に対する実満充電容量の割合としての実容量維持率を演算すると共に、前記使用指標が大きいほど目標容量維持率が小さくなるように予め定めたマップに前記使用指標を適用して目標容量維持率を導出し、前記目標容量維持率から前記実容量維持率を減じた値が大きいときには小さいときに比して小さな値を前記入力制限として設定するものとしてもよい。こうすれば、電動車両のそれまでの使用の状況を加味して蓄電装置の入力制限を設定することができる。この結果、より適正に蓄電装置の性能の低下を抑制することができる。
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７０により実行される充電時入力制限設定処理の一例を示すフローチャートである。 目標容量維持率導出処理の一例を示すフローチャートである。 目標容量維持率導出用マップの一例を示す説明図である。 実容量維持率計算処理の一例を示すフローチャートである。 車両使用割合計算処理の一例を示すフローチャートである。 充電時入力制限設定用マップ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、直流電源としてのバッテリ３６と、充電用リレー５０と、電子制御ユニット７０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３８とシステムメインリレー３５とを介してバッテリ３６に接続されている。モータ３２は、電子制御ユニット７０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、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、システムメインリレー３５およびインバータ３４を介してモータ３２と電力のやりとりを行なう。即ち、モータ３２を力行制御することによりバッテリ３６からの電力を用いてモータ３２から駆動用の動力を出力し、モータ３２を回生制御することによりモータ３２からの回生電力によってバッテリ３６を充電する。
充電用リレー５０は、車外の充電スタンド９０のスタンド側コネクタ９１に接続される車両側コネクタ５１と電力ライン３８とを接続する電力ライン５２に設けられている。充電用リレー５０は、図示しないが、正極リレーと負極リレーを備えている。
電子制御ユニット７０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、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートなどを備える。
電子制御ユニット７０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７０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図示しない回転位置センサからのモータ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も挙げることができる。車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているか否かを検出する接続検出センサ５３からの接続検出信号や車両側コネクタ５１と充電用リレー５０との間の電力ライン５２に取り付けられた電圧センサ５２ａからの充電電圧Ｖｃｈｇも挙げることができる。さらに、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２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８３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８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５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８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖ、走行距離計８９からの累積走行距離Ｄｉｓｔなども挙げることができる。
電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４への制御信号やシステムメインリレー３５への制御信号，充電用リレー５０への制御信号を挙げることができる。また、車両側コネクタ５１がスタンド側コネクタ９１に接続されているときに車両側コネクタ５１およびスタンド側コネクタ９１の通信ラインを介して充電スタンド９０に充電に必要な情報（例えば、バッテリ３６を充電する際の充電時入力制限Ｉｃｈｇなど）も挙げることができる。電子制御ユニット７０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の入出力電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電量Ｓｂや蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電量Ｃｂは、バッテリ３６から放電可能な電力量であり、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量Ｃａｐに対する蓄電量Ｃｂの割合である。
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７０は、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Ｔｄ＊を設定し、要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で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。
また、実施例の電気自動車２０では、自宅や充電スタンド９０などの充電設備で駐車中に車両側コネクタ５１と充電設備の設備側コネクタとが接続されると（接続検出センサ５３により両者の接続を検出すると）、充電設備からの電力を用いてバッテリ３６を充電する。
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、充電スタンド９０により比較的大電力による急速充電を行なう際にバッテリ３６の充電時入力制限Ｉｃｈｇを設定するときの動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０により実行される充電時入力制限設定処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、充電スタンド９０のスタンド側コネクタ９１に車両側コネクタ５１が接続されたときに実行される。
充電時入力制限設定処理が実行されると、電子制御ユニット７０は、まず、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇを導出する処理を実行する（ステップＳ１００）。目標容量維持率Ｃａｐｔａｇは、バッテリ３６の初期値としての全容量（満充電容量）の維持率を１００％としたときに、その後の車両の使用による劣化によっても維持すべき目標値としての全容量の維持率である。目標容量維持率Ｃａｐｔａｇを導出する処理は図３に例示する目標容量維持率導出処理により行なわれる。即ち、走行距離計８９からの累積走行距離Ｄｉｓｔを入力し（ステップＳ２００）、入力した累積走行距離Ｄｉｓｔを目標容量維持率導出用マップに適用して目標容量維持率Ｃａｐｔａｇを導出する（ステップＳ２１０）。目標容量維持率導出用マップの一例を図４に示す。目標容量維持率Ｃａｐｔａｇは、図示するように、初期値の１００％から累積走行距離Ｄｉｓｔが大きくなるほど小さくなり、一定値（例えば８０％）に近づくように定められている。
次に、実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを計算する（ステップＳ１１０）。実容量維持率Ｃａｐｅｓｔは、バッテリ３６の初期値としての全容量（満充電容量）の維持率を１００％としたときに、現時点での実際のバッテリ３６の全容量の維持率である。実容量維持率Ｃａｐｅｓｔの計算は、図５に例示する実容量維持率計算処理により行なわれる。即ち、まず、直近の所定電力Ｐｒｅｆ以下の電力によってバッテリ３６が充電されたときのデータを検索する（ステップＳ３００）。所定電力Ｐｒｅｆは、比較的低電力により充電された場合のデータを検索する際の閾値であり、例えば許容最大充電電力の５０％や４０％などの電力を用いることができる。続いて、検索したデータに含まれる充電開始時の蓄電割合ＳＯＣを開始時割合ＳＯＣｓｔａｒｔ、充電終了時の蓄電割合ＳＯＣを終了時割合ＳＯＣｅｎｄ、充電の際の電流積算値を充電電流積算値Ａｈｒの設定する（ステップＳ３１０）。そして、次式（１）により実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを計算する（ステップＳ３２０）。式（１）中、「ＢＡＴＣＡＰ」はバッテリ３６の初期値としての全容量（満充電容量）であり、「１００００」は実容量維持率Ｃａｐｅｓｔをパーセント（％）とするための係数である。式（１）では、終了時割合ＳＯＣｅｎｄから開始時割合ＳＯＣｓｔａｒｔを減じたものにＢＡＴＣＡＰを乗じ、これで充電電流積算値Ａｈｒを割って係数（１００００）を乗じることにより、実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを計算している。
Figure 2020072490
続いて、車両使用割合Ｋｌｉｆｅを計算する（ステップＳ１２０）。車両使用割合Ｋｌｉｆｅは、想定される車両使用限界（車両寿命）に対するそれまでの使用の割合である。車両使用割合Ｋｌｉｆｅの計算は、図６に例示する車両使用割合計算処理により行なわれる。即ち、走行距離計８９からの累積走行距離Ｄｉｓｔを入力し（ステップＳ４００）、入力した累積走行距離Ｄｉｓｔを車両使用限界（車両寿命）としての累積走行距離限界車Ｄｌｉｆｅで除したものと値１とのうち小さい方を車両使用割合Ｋｌｉｆｅとして設定する（ステップＳ４１０）。ここで、このように設定するのは、累積走行距離Ｄｉｓｔが累積走行距離限界車Ｄｌｉｆｅを超えたときに値１を超えないようにするためである。通常は、累積走行距離Ｄｉｓｔは累積走行距離限界車Ｄｌｉｆｅ未満であるから、車両使用割合Ｋｌｉｆｅは値１より小さな値が設定される。
そして、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇから実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを減じたものと車両使用割合Ｋｌｉｆｅとを充電時入力制限設定用マップに適用して充電時入力制限Ｉｃｈｇを設定する（ステップＳ１３０）。図７に充電時入力制限設定用マップの一例を示す。図７に示すマップでは、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇから実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを減じたものが負の領域のときには、目標よりもバッテリ３６の劣化が小さい（進行していない）ため、バッテリ３６に対して予め定められた充電時許容最大入力制限Ｉｃｈｇｍａｘが充電時入力制限Ｉｃｈｇに設定される。目標容量維持率Ｃａｐｔａｇから実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを減じたものが正の領域のときには、目標よりもバッテリ３６の劣化が大きい（進行している）ため、充電時入力制限Ｉｃｈｇには充電時許容最大入力制限Ｉｃｈｇｍａｘより小さな値が設定される。このとき、充電時入力制限Ｉｃｈｇには、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇから実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを減じたものが大きいほど小さくなる値が設定される。これはバッテリ３６の劣化の進行の程度に応じたものとするためである。また、充電時入力制限Ｉｃｈｇには、車両使用割合Ｋｌｉｆｅが大きいほど（車両寿命が短いほど）大きな値が設定される。これは、車両を長年使用したときでもバッテリ３６の性能の低下を抑制し、車両の性能の低下を抑制するためである。即ち、車両寿命（電池寿命）が短いときには、バッテリ３６の劣化を進行させてもバッテリ３６の性能の低下を抑制する方が使用勝手が良いと考えられるからである。
こうして設定された充電時入力制限Ｉｃｈｇは、充電スタンド９０に送信され、充電スタンド９０からの電力によってバッテリ３６が充電される際に用いられる。即ち、急速充電のときには、充電スタンド９０から充電時入力制限Ｉｃｈｇとなる電力によりバッテリ３６を充電するのである。
以上説明した実施例の電気自動車２０では、車両使用割合Ｋｌｉｆｅが大きいほど（車両寿命が短いほど）大きな値を充電時入力制限Ｉｃｈｇに設定する。これにより、車両を長年使用したときでもバッテリ３６の性能の低下を抑制することができ、延いては車両の性能の低下を抑制することができる。また、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇから実容量維持率Ｃａｐｅｓｔを減じたものが大きいほど小さくなる値を充電時入力制限Ｉｃｈｇに設定する。これにより、充電時入力制限Ｉｃｈｇをバッテリ３６の劣化の進行の程度に応じたものとすることができる。この結果、より適正にバッテリ３６の性能の低下を抑制することができる。
実施例の電気自動車２０では、通常は、累積走行距離Ｄｉｓｔを累積走行距離限界車Ｄｌｉｆｅで除したものとして車両使用割合Ｋｌｉｆｅを計算するものとした。累積走行距離Ｄｉｓｔに代えて車両の使用年数を用いるものとしてもよい。この場合、累積走行距離限界車Ｄｌｉｆｅとしては、予め定めた車両の寿命年数（例えば１０年や１５年など）を用いればよい。また、この場合、目標容量維持率Ｃａｐｔａｇを導出する処理に対しても累積走行距離Ｄｉｓｔに代えて車両の使用年数を用いるのが好ましい。ここで、累積走行距離Ｄｉｓｔや車両の使用年数は、車両の累積使用の程度を示す使用指標と考えることができるから、累積走行距離Ｄｉｓｔや車両の使用年数以外の車両の累積使用の程度を示すものであれば他のものを用いるものとしてもよい。
実施例の電気自動車２０では、リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されたバッテリ３６を搭載するものとしたが、鉛蓄電池などの蓄電装置を搭載するものとしてもよい。
実施例では、本発明を電気自動車２０に適用して説明したが、充電スタンド９０からの電力により充電可能なバッテリを搭載する自動車、例えば、いわゆるプラグインハイブリッド自動車などの車両に本発明を適用するものとしてもよい。
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「電動機」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７０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 モータ、３４ インバータ、３５ システムメインリレー、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ、３６ｃ 温度センサ、３８ 電力ライン、５０ 充電用リレー、５１ 車両側コネクタ、５２ 電力ライン、５２ａ 電圧センサ、５３ 接続検出センサ、７０ 電子制御ユニット、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、８９ 走行距離計、９０ 充電スタンド、９１ スタンド側コネクタ。

Claims (3)

  1. 走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機に電力を供給する蓄電装置と、外部電源からの電力を用いて前記蓄電装置を充電する際の充電電流の最大値としての入力制限を設定する制御装置と、を備える電動車両であって、
    前記制御装置は、車両の累積使用の程度を示す使用指標の該使用指標の予め定めた最大値に対する割合としての車両使用割合が大きいときには小さいときに比して大きな値を前記入力制限として設定する、
    ことを特徴とする電動車両。
  2. 請求項１記載の電動車両であって、
    前記使用指標は、累積走行距離または使用年数である、
    電動車両。
  3. 請求項１または２記載の電動車両であって、
    前記制御装置は、前記蓄電装置の満充電容量の初期値に対する実満充電容量の割合としての実容量維持率を演算すると共に、前記使用指標が大きいほど目標容量維持率が小さくなるように予め定めたマップに前記使用指標を適用して目標容量維持率を導出し、前記目標容量維持率から前記実容量維持率を減じた値が大きいときには小さいときに比して小さな値を前記入力制限として設定する、
    電動車両。
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