JP2021016251A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】降坂路の走行時に回生制動を使用できない場合にバッテリを強制放電する制御において、より大容量の電力消費を行いつつバッテリの劣化を防ぐことができる車両の制御装置を提供する。【解決手段】バッテリ８の電力で駆動されると共に車両の回生制動時にバッテリ８を充電するモータを搭載する車両の制御装置であって、バッテリ８の電力で駆動するＰＴＣヒータ９と、バッテリ８の電力で駆動するエバポレータ１１と、これらの間で熱媒体を循環させる熱媒体循環回路３０において、ＰＴＣヒータ９がバッテリ８の上流側となる第１循環方向Ｄ１に熱媒体の循環方向を制御する循環方向制御部１５と、を備える。車両の回生制動が必要で、且つ、バッテリ８の充電が不可である場合に、ＰＴＣヒータ９及びエバポレータ１１が駆動され、循環方向制御部１５が第１循環方向Ｄ１と反対の第２循環方向Ｄ２に循環方向を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

例えば、電気自動車が連続降坂路を走行する場合等、回生制御によりバッテリ充電量（ＳＯＣ：State of charge）が満充電となり、回生制御による回生制動力を利用できなくなる虞がある。このような状況を回避するため、電動補機による強制放電を実施し、バッテリの充電量を低下させることで回生制御を実施できるようにすることが検討されている（特許文献１参照）。

ところで、上記のような電動車両に搭載されるバッテリは、例えば寒冷地等の低温環境において温度が適正な動作範囲よりも低い場合には、ＰＴＣヒータ等の電熱ヒータで昇温される。そして、バッテリを昇温させる電熱ヒータは、車載コンポーネントの中でも電力消費が多いことから、上記のような強制放電において駆動することにより短時間で大容量の電力を消費することができる。

特開２０１２−１１１２７０号公報

しかしながら、上記のような電熱ヒータは、バッテリに対する温調回路において、バッテリよりも上流側に配置される。このため、バッテリは、温度が適正な動作範囲内又はそれよりも高いときに強制放電のために電熱ヒータが駆動された場合には、過剰な温度上昇を招来して劣化が促進される虞が生じる。一方、電熱ヒータによる昇温動作を抑制した場合には、強制放電においても短時間で大容量の電力を消費することができず、やはり回生制御による回生制動力を利用できなくなる虞がある。

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、降坂路の走行時に回生制動を使用できない場合にバッテリを強制放電する制御において、より大容量の電力消費を行いつつバッテリの劣化を防ぐことができる車両の制御装置を提供することにある。

本発明に係る車両の制御装置は、バッテリの電力で駆動されると共に車両の回生制動時に前記バッテリを充電するモータを搭載する前記車両の制御装置であって、前記バッテリの電力で駆動する電熱ヒータと、前記バッテリの電力で駆動する冷却装置と、前記電熱ヒータ、前記バッテリ、及び前記冷却装置の間で熱媒体を循環させる熱媒体循環回路において、前記電熱ヒータが前記バッテリの上流側となる第１循環方向に前記熱媒体の循環方向を制御する循環方向制御部と、を備え、前記車両の回生制動が必要で且つ前記バッテリの充電が不可である場合に、前記電熱ヒータ及び前記冷却装置が駆動され、前記循環方向制御部が前記第１循環方向と反対の第２循環方向に前記循環方向を制御する。

車両の制御装置は、走行駆動に必要な電力を供給するバッテリの温調手段として、電熱ヒータ、バッテリ、及び冷却装置の間で熱媒体を循環させる熱媒体循環回路を備え、バッテリに循環させる熱媒体を加熱又は冷却することによりバッテリの温度を調整することができる。ここで、電熱ヒータ及び冷却装置は、いずれもバッテリの電力を消費することにより駆動する。

そして、車両の回生制動が必要にも拘らずバッテリが満充電である場合には、電熱ヒータを駆動することによりバッテリの電力を強制的に消費すると共に、熱媒体循環回路においてバッテリが電熱ヒータの上流となるように循環方向を第２循環方向に制御する。これにより、熱媒体循環回路を第２循環方向に流れる熱媒体は、電熱ヒータにより加熱されたとしても、冷却装置により冷却されてバッテリへ供給されるため、バッテリを過剰に昇温する虞を低減することができる。また、電熱ヒータの駆動に加え、冷却装置の駆動によりバッテリを強制放電させるため、短時間でバッテリの電力消費を行うことができる。これにより、車両は、バッテリが満充電であっても強制放電により回生電力を回収する空き容量をバッテリに確保することにより、回生制動が使用できない状態を回避することができる。

従って、本発明に係る車両の制御装置によれば、降坂路の走行時に回生制動を使用できない場合にバッテリを強制放電する制御において、より大容量の電力消費を行いつつバッテリの劣化を防ぐことができる。

本発明に係る車両の全体構成を概略的に示す上面図である。 熱媒体循環回路を示す構成図である。

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、本発明に係る車両１の全体構成を概略的に示す上面図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、ラダーフレーム２、キャブ３、荷箱４、車輪機構５、駆動ユニット６、駆動電力供給部７、バッテリ８、「電熱ヒータ」としてのＰＴＣヒータ９、冷却装置１０、及びＶＣＵ２０を備える電動トラックである。尚、図１では、車両１の上面からキャブ３及び荷箱４を透過するように見た場合の上面図として表している。また、車両１は、上記の構成の他、図１では図示を省略する熱媒体循環回路３０を備える。

本実施形態において、車両１は、走行用駆動源として電動機（後述するモータ６ａ）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、車両１は電動トラックに限定されることなく、電動塵芥車などの他の商用車であってもよい。

ラダーフレーム２は、サイドレール２ａと複数のクロスメンバ２ｂとを有する。また、サイドレール２ａは、車両１の車両長手方向Ｘに沿って延在し、互いに車幅方向Ｙ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からなる。複数のクロスメンバ２ｂは、左サイドレール２Ｌと右サイドレール２Ｒとを連結している。すなわち、ラダーフレーム２は、いわゆる梯子型フレームを構成している。そして、ラダーフレーム２は、キャブ３、荷箱４、駆動ユニット６、駆動電力供給部７、バッテリ８、及び車両１に搭載されるその他の重量物を支持する。

キャブ３は、図示しない運転席を含む構造体であり、ラダーフレーム２の前部上方に設けられている。一方、荷箱４は、車両１によって搬送される荷物等が積載される構造体であり、ラダーフレーム２の後部上方に設けられている。

車輪機構５は、本実施形態においては、車両前方に位置する左右の前輪５ａ、二つの前輪５ａの車軸としてのフロントアクスル５ｂ、車両後方に位置し且つ左右に各二つ配置された後輪５ｃ、及び後輪５ｃの車軸としてのリアアクスル５ｄから構成される。そして、本実施形態に係る車両１においては、後輪５ｃが駆動輪として機能するように駆動力が伝達され、車両１が走行することになる。尚、車輪機構５は、図示しないサスペンション機構を介してラダーフレーム２に懸架され、車両１の重量を支持する。

駆動ユニット６は、モータ６ａ、減速機構６ｂ、及び差動機構６ｃを有する。モータ６ａは、後述する駆動電力供給部７から交流電力が供給されることにより、車両１の走行に必要な駆動力を発生させる。減速機構６ｂは、図示しない複数のギアを含み、モータ６ａから入力される回転トルクを減速して差動機構６ｃに出力する。差動機構６ｃは、減速機構６ｂから入力される動力を左右の後輪５ｃに対して振り分ける。すなわち、駆動ユニット６は、減速機構６ｂ及び差動機構６ｃを介して、モータ６ａの駆動トルクを車両の走行に適した回転速度に減速してリアアクスル５ｄに駆動力を伝達する。これにより駆動ユニット６は、リアアクスル５ｄを介して後輪５ｃを回転させて車両１を走行させることができる。また、モータ６ａは、車両１を減速させる場合の補助ブレーキとして、回生制動を行うことができる。

駆動電力供給部７は、いわゆるインバータであり、バッテリ８から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ６ａへ供給し、車両１に対するアクセル操作に応じてモータ６ａの回転速度を制御する。

バッテリ８は、車両１を走行させるためのエネルギー源としてモータ６ａに電力を供給する二次電池である。バッテリ８は、車両１に必要とされる電力を蓄えるために比較的大型で大容量のバッテリモジュール（図示せず）を内部に複数備える。また、バッテリ８は、複数の電動補機とそれらに電力を供給する配電ユニットとが車両１に搭載されている場合には（いずれも図示せず）、当該配電ユニットにも電力を供給できるよう構成されていてもよい。更に、バッテリ８は、車両１の制動時にモータ６ａが回生制御を行うことにより、当該回生制御により発電される回生電力で充電される。

ＰＴＣヒータ９は、例えば寒冷地等の低温環境においてバッテリ８の温度が適正な動作範囲よりも低い場合に、バッテリ８を昇温する加熱装置である。ＰＴＣヒータ９は、バッテリ８から出力される電力の一部が図示しないコンバータにより降圧されて供給されることにより駆動する。

冷却装置１０は、本実施形態においては熱媒体の温度を低下させつつ後述する熱媒体循環回路３０を介して当該熱媒体をバッテリ８に循環させることにより、発熱時のバッテリ８に対して冷却制御を行う。尚、冷却装置１０は、バッテリ８のみならず、車両１に搭載される冷却が必要な各種コンポーネントを冷却する場合にも使用することができる。また、本実施形態における冷却装置１０は、エバポレータ１１、ラジエータ１２、ファン１３の他、後述する複数の機構を含むこととしているが、熱媒体の冷却にはエバポレータ１１及びラジエータ１２の少なくとも一方があればよい。

ＶＣＵ２０は、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなど（いずれも図示せず）を備え、車両１に搭載される各種コンポーネントの状態監視及び制御を行うことによって車両１の全体を統括制御するための車両制御ユニット(Vehicle Control Unit)である。ＶＣＵ２０は、特に本実施形態においては、以下に説明するように、バッテリ８の温調を行うための熱媒体循環回路３０を主に制御する。

図２は、熱媒体循環回路３０を示す構成図である。熱媒体循環回路３０は、上記した構成の他、Ｔジョイント１４、循環方向制御部１５、３方向バルブ１６を含み、熱媒体としての水の温度を調整しつつバッテリ８に循環させることで、バッテリ８の温調制御を行う。尚、図２においては、ＶＣＵ２０と各構成要素との情報の授受を破線で表している。本実施形態においては、熱媒体循環回路３０及びこれを制御するＶＣＵ２０により「車両の制御装置」が構成される。

エバポレータ１１は、ＶＣＵ２０からの制御信号を受けた場合に、バッテリ８から供給される電力により駆動することで、熱媒体循環回路３０の熱媒体を強制的に冷却するチラーである。また、ラジエータ１２は、ファン１３がＶＣＵ２０からの駆動信号を受けて外気を引き込む場合に、当該外気による空冷で熱媒体循環回路３０の熱媒体を放熱する。このとき、ファン１３は、バッテリ８から供給される電力により駆動する。

Ｔジョイント１４は、エバポレータ１１及びラジエータ１２から流入する熱媒体の流路を統合して、当該熱媒体の流路を循環方向制御部１５へ連通する。

循環方向制御部１５は、第１ポンプ１５ａ及び第２ポンプ１５ｂを含み、熱媒体循環回路３０における熱媒体の循環方向を制御する。より具体的には、循環方向制御部１５は、ＶＣＵ２０の制御に基づいて、第１ポンプ１５ａ又は第２ポンプ１５ｂのいずれかを駆動する。第１ポンプ１５ａは、熱媒体をＴジョイント１４からＰＴＣヒータ９への第１循環方向Ｄ１に送り出す。また、第２ポンプ１５ｂは、熱媒体をＰＴＣヒータ９からＴジョイント１４への第２循環方向に送り出す。

３方向バルブ１６は、ＶＣＵ２０の制御に基づいて、バッテリ８からエバポレータ１１への流路、又はバッテリ８からラジエータ１２への流路のいずれかを切り替える電磁弁である。より詳しくは、３方向バルブ１６は、例えばＶＣＵ２０からＯＮ信号を受信した場合にはバッテリ８とエバポレータ１１とを連通させ、ＶＣＵ２０からＯＦＦ信号を受信した場合にはバッテリ８とラジエータ１２とを連通させる。

続いて、バッテリ８の温度が適正な動作範囲よりも低い場合の熱媒体循環回路３０の動作について具体的に説明する。この場合、ＶＣＵ２０は、熱媒体循環回路３０の熱媒体が第１循環方向Ｄ１となるように循環方向制御部１５を制御すると共に、ＰＴＣヒータ９を駆動する制御を行う。

これにより、ＰＴＣヒータ９で加熱された熱媒体は、バッテリ８の上流側のＰＴＣヒータ９により加熱された後、バッテリ８との間で熱交換を行うことによりバッテリ８を昇温させる。そして、バッテリ８との熱交換で温度が低下した熱媒体は、３方向バルブ１６を介してエバポレータ１１又はラジエータ１２、並びにＴジョイント１４を介して循環方向制御部１５を循環し、ＰＴＣヒータ９で再び加熱されてバッテリ８を昇温させる。すなわち、ＶＣＵ２０は、バッテリ８が所定の温度に達するまで昇温循環制御を行う。尚、当該昇温循環制御においては、エバポレータ１１及びファン１３の動作を停止しておくことができる。

次に、バッテリ８を強制放電させる場合の熱媒体循環回路３０の動作について具体的に説明する。ＶＣＵ２０は、例えば車両１を減速させる場合や降坂路の走行時において、回生制動を使用する必要があるか否かを判定する。そして、ＶＣＵ２０は、回生制動が必要である場合には、モータ６ａを回生制御すると共に、回生電力を回収してバッテリ８に充電する。

ただし、バッテリ８の充電量（ＳＯＣ：State of charge）が満充電である場合には、バッテリ８への充電ができないことにより車両１に対する回生制動力を与えることができなくなってしまう。そのため、ＶＣＵ２０は、回生制動が必要である場合にバッテリ８の充電量を判定し、満充電である場合には、次に説明する手順でバッテリ８を強制放電させ、バッテリ８の充電量を短時間で消費する。

すなわち、ＶＣＵ２０は、車両１の回生制動が必要で且つバッテリ８の充電が不可である場合には、ＰＴＣヒータ９を駆動することによりＰＴＣヒータ９でバッテリ８の電力を強制的に消費すると共に、熱媒体循環回路３０の熱媒体が上記した第１循環方向Ｄ１と反対の第２循環方向Ｄ２となるように循環方向を制御する。

また、ＶＣＵ２０は、３方向バルブ１６を制御することにより、エバポレータ１１又はラジエータ１２のいずれかとバッテリ８とを連通させ、少なくとも連通させた方の冷却装置１０を駆動する。このとき、例えばＴジョイント１４からエバポレータ１１及び３方向バルブ１６を介してバッテリ８に至る熱媒体の流路が選択された場合には、当該熱媒体は、エバポレータ１１により冷却されてバッテリ８へ送り出されることになる。

つまり、熱媒体循環回路３０を第２循環方向Ｄ２に流れる熱媒体は、ＰＴＣヒータ９により加熱されたとしても、エバポレータ１１又はラジエータ１２により冷却されてバッテリ８へ供給されるため、バッテリ８を過剰に昇温してしまう虞を低減することができる。

そして、熱媒体循環回路３０におけるＶＣＵ２０の一連の制御により、ＰＴＣヒータ９の駆動に加え、エバポレータ１１又はラジエータ１２の少なくとも一方の駆動によりバッテリ８を強制放電させるため、短時間でバッテリ８の電力消費を行うことができる。これにより、車両１は、バッテリ８が満充電であっても強制放電により回生電力を回収する空き容量をバッテリ８に確保することにより、回生制動が使用できない状態を回避することができる。従って、本発明に係る車両１の制御装置によれば、降坂路の走行時に回生制動を使用できない場合にバッテリ８を強制放電する制御において、より大容量の電力消費を行いつつバッテリ８の劣化を防ぐことができる。

１ 車両
６ａ モータ
８ バッテリ
９ ＰＴＣヒータ
１０ 冷却装置
１１ エバポレータ
１２ ラジエータ
１５ 循環方向制御部
２０ ＶＣＵ
３０ 熱媒体循環回路
Ｄ１ 第１循環方向
Ｄ２ 第２循環方向

Claims (1)

1. バッテリの電力で駆動されると共に車両の回生制動時に前記バッテリを充電するモータを搭載する車両の制御装置であって、
   前記バッテリの電力で駆動する電熱ヒータと、
   前記バッテリの電力で駆動する冷却装置と、
   前記電熱ヒータ、前記バッテリ、及び前記冷却装置の間で熱媒体を循環させる熱媒体循環回路において、前記電熱ヒータが前記バッテリの上流側となる第１循環方向に前記熱媒体の循環方向を制御する循環方向制御部と、を備え、
   前記車両の回生制動が必要で且つ前記バッテリの充電が不可である場合に、前記電熱ヒータ及び前記冷却装置が駆動され、前記循環方向制御部が前記第１循環方向と反対の第２循環方向に前記循環方向を制御する、車両の制御装置。

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