JP2021112081A - 計画発電蓄電制御技術 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の１つであるシリーズハイブリッド車両において、発電機の大型化や搭載容量の削減を抑制する計画発電蓄電制御技術を提供する。【解決手段】走行前に走行路上に存在する坂道などの各事象を含む区間を小区間に分断し、各区間毎の電池の蓄電状態を表すＳＯＣチャートを作成した後に各区間内の電力量を許容値以内になるように発電機の駆動と停止の制御を行い、走行路全体のＳＯＣチャートを最後の小区間から順次前の小区間に向かって見直し、走行後は単位毎にその地点から後の目的地までの走行路のＳＯＣチャートを修正する。【選択図】図５−２

Description

本発明はエンジン発電機で二次電池を充電し、その二次電池によってモーターを駆動して走行するレンジエクステンダーEV（Range Extended-Electrical Vehicle）車両に搭載する計画発電蓄電制御技術に関する。

二次電池駆動によるＥＶ車両は二酸化炭素（CO2）の排出がないクリーン交通機関として注目されている。第一の理由は内燃機関で走行する車両と異なり、二次電池に蓄積された電力でモーターを駆動して走行するので、CO2排出がなく静かであり乗り心地も優れていることによる。第二の理由として燃料代を含む維持費はディーゼルエンジン等の車両に比べて安いことから導入する利点は大きいと考えられている。

しかし、現状のEV車両の一種であるEVバスの価格は高価な二次電池を大量に搭載する必要があるために、同席数のディーゼルエンジンのバスと比較して初期投資が数倍と高価となり、なかなかその導入が進んでいない。また、EVトラックにおいては、大量の二次電池のスペースがトラックの搭載積載量を減少させてしまう等、使い勝手が悪い等の理由により普及が遅れている。

この解決策としてシリーズハイブリッド方式が乗用車には適用されている。一般的にはこの技術は既存のエンジンを発電機として使用し、小容量の二次電池を搭載し、ほとんど常にエンジンを駆動して二次電池に充電し、その二次電池の電力でモーターを駆動させて車両を動かすものである。

しかし、バスやトラック等の商用車に適用しようとすると、急な上り坂等で要する過大な瞬時電力を供給する必要があるため、大型発電機と大量の二次電池が必要となる。その結果スペースが取られ、バスでは座席数の削減、トラックでは貨物積載量が制限されるため、商用車のシリーズハイブリッド化はなかなか進まない。

それに対して、本技術のレンジエクステンダーEV(RE_EV)車両は地理情報システム（GIS）とGNSS(Global Navigation Satellite System/全地球測位衛星システム)を活用する事で走行ルート上の位置情報や高度差等の路面情報を収集し、さらにこれまでの走行時に蓄積した走行データを用いる事で、走行前に発電計画（走行計画）の策定を行っている。このように走行前にその日の走行計画に立てる事で、必要な発電量を事前に計算出来るので、適切な発電及び充電が行える事から発電機と二次電池の小型化が可能となる。そして、走行開始後は、走行途中で逐次得られる走行データに基づいて走行計画を修正しながら走行する事で計画に沿った走行を行う。

このように本レンジエクステンダー車両は、二次電池の充電量が少なくなった場合にのみエンジンを駆動させて二次電池に充電する。通常はエンジンを駆動せずに二次電池のみでモーター駆動を行うので、EV車両の様に走行中での電欠の心配がなく、EV車両の課題であった走行距離の制限を撤廃する事が可能となり、非常に使い勝手の良い車両となり得る。さらに本レンジエクステンダーEV車両は走行時間の多くの割合は二次電池によるモーターで走るので、通常のエンジン駆動車両に比較して二酸化炭素の排出が大幅に少ないクリーンな交通機関であり、さらに内燃機関からのエンジン音は限定的であり、その結果、かなりの走行時間において静かで乗り心地も優れている。そして燃料代を含む維持費はディーゼルエンジンの車両に比べて安いことから導入する利点は大きいと考えられて来た。

提案者は以前にこのようなレンジエクステンダー技術を公共交通システムの主要車両の１つであるバスに応用した特許提案（特願２０１７−２０４２０９）と計画発電蓄電制御技術を搭載した大型トラック等の商用車を想定したレンジエクステンダー車両の構成方法についても（特願２０１８−１９４１３８）として特許提案済である。

本提案は、エンジン発電機で二次電池を充電しその二次電池によってモーターを駆動して走行する計画発電蓄電制御技術の詳細な制御方法についてである。なお、エンジンは以下の記述では小型のディーゼルエンジンを想定しているが、それに限ったものではなく、ガソリンエンジンでも燃料発電機（所謂燃料電池）等でも構わない。

本提案と同様な先行技術として、地図情報やGPS情報、及び電池の残容量を検知して車両に搭載した発電機の駆動を制御するとした“電気自動車ナビゲーションシステム（特開平８−２４０４３５）がある。この提案はそれまでのハイブリッド自動車は電池容量が少なくなった時点で車両に搭載した発電機を駆動させることで無公害地域でも排気ガスを出してしまう課題に対して、無公害地域に近接してかつ電池残量が少ない場合には発電機を駆動して充電をしておき、無公害地域では発電機を停止して排気ガスを出さないようにできるナビゲーションシステムを活用した技術である。これにより無公害地域では出来るだけ排気ガスを防止できるということを主張している。しかし、本提案の予測発電充電制御技術を用いたエクステンダーEV車両は、発電量を抑制するためのモデリングや制御方法を駆使する事で発電機の小型化と適度な二次電池量の使用が可能となり積載量に影響を与えないので、トラックやバス等の所謂商用車においてもシリーズハイブリッド技術を活用可能にするものである。

特開平８−２４０４３５

本発明によって解決しようとする課題は、通常のRE_EV商用車両では走行中の種々の事象（急な登坂や長いトンネル等）でも走行出来るように発電電力の大きなエンジン発電機と大量な2次電池を搭載する必要がある。このため、車両の重量が重くなり電費の悪化を招くと共に、それらの機器によって車両内のスペースが占められトラックでは積載量が、バスでは乗車人数の削減を招いていた。

これらの問題を鑑みて、本提案によれば走行路での発電時期を予測して計画的に発電及び蓄電を行う事により小型のエンジン発電装置と適度な電池量の搭載によって車両重量の軽減と車両内スペースの犠牲を最小限に抑制する事が出来る。以下に走行路の種々の事象を考慮した計画発電蓄電制御技術について記す。

制御方式の具体例として走行路に種々の事象（坂道、トンネル、病院区域等）があるため、エンジンの起動停止を計画的に行う必要がある。例えば、病院や学校区域が存在する地域ではエンジン音や排気ガスを極力抑制する事が求められる。また、急な登坂ではエンジンの発電力が登坂走行によって消費する電力よりも少ない場合は蓄電出来ずに逆に蓄電量が減少してしまい、最悪の場合は蓄電量が底をつくいわゆる電欠を起こす恐れがある。これらの走行条件を加味して走行計画（SOCチャート）を作成する必要がある。次に、走行路に存在する種々の事象について記す。

1.平地走行区間
走行中に発電すれば電池の蓄電量は増加する。
2.登坂走行区間
坂の斜度によっては発電しても電池の蓄電量は減少する事があるので、坂の途中で電池の蓄電下限値にならないように発電時期と発電時間を決めて、坂の頂上で蓄電電力の下限値になるように制御する（発電機の発電電力と坂を登る時に必要な登坂電力の大小により発電時期及び期間は異なる）。
3.静音区間走行
静音区域を走行中は蓄電量が下限値になってもエンジンを起動は抑制されるので、前もって発電し蓄電しておき、静音区間が終了した時点で蓄電量が下限値になるように制御する。
.4下坂区間走行
下坂区域を走行する事によって回生電力が見込めるので、下坂前の走行中で 発電機を駆動している場合は下坂区域の開始地点で蓄電量が下限値になるように制御する。
5.目的地区間（最終区間）走行
目的地まで平地走行の場合であり、目的地に到達した時に蓄電量が下限値に なるように制御するがたとえ下限値以上であっても良い。
ここで、区間とはその前の区間の終了地点から自己の区間の最終地点までの範囲と定義し、区域とはそれぞれの事象のみの領域と定義する。例えば、登坂区間とは、その前の区間の終了地点からしばらくは平坦走行路があるとした場合に、登坂が開始した地点から登坂が終了した地点までを区域と呼び、区域を含んだ全体走行路を言う。

SOCチャートの作成方針は、蓄電量を消費する静音区域や登坂区域等の事象がある場合は、その事象が終了した時点で蓄電量が下限値となるように制御を行い、蓄電量が増加する下坂区域等の事象の時はその事象が開始する時点で蓄電量が下限値となるように制御する。

次にSOCチャートを作成する手順について記す。
まず走行前のSOCチャート作成は以下の手順を用いる。
１．地図に走行ルートを入力する。
２．入力された走行ルート上に存在する各事象（静音区間、登坂区間等）を抽出して、各事象を含む小区間を設定する。
３．出発地から目的地までのルート上に各事象を含む各区間を開始地点から終了地点まで配置する。
４．各事象毎に必要な電池の蓄電量を見積もり各区間毎のSOCチャートを作成後に全ルートのSOCチャートを構築する。
―事象の走行途中で蓄電量が下限値となる箇所があるか。
―考慮すべき箇所は、(1)静音区域を走破するに必要な蓄電量があるか、(2)登坂走行時に発電量と走行消費量の大小関係はどうか。
５．４の箇所がある場合は全走行路において蓄電量が下限値以下とならないように走行計画（SOCチャート）を再構築する。
次に走行中のSOCチャートの再構築手順について記す。
６．走行単位（距離／時間）毎にGIS及びGNSSから現在位置を確認する。
７．その時点での走行データ（SOC、電費等）を収集する。
８．出発から現在地点までのSOCチャートを作成する。
９．走行前に構築したSOCチャートからの変化分を抽出する。
１０．変化分が許容値以下になる様に現時点から目的地までのSOCチャートを再構築する。
１１．６〜１０の操作を繰り返しながら目的地まで走行する。

次に図を用いながら各事象毎の発電機の制御方法を示す。以下の定数は図面の説明のために用いた数式に使用している。
・L : 距離(Length)
- 単位[km]----- Lgen: 発電機(generator)が発電状態時の走行距離、LG: 目的地(Goal)までの走行距離、LU：登坂地点(Up)までの走行距離、 LD: 下坂地点(Down)までの走行距離、LQ：静音区域(Quiet)までの走行距離、etc
・T: 時間(Time)
- 単位[h or hour]----- Tgen: 発電機(generator)の駆動時間、TD：下坂地点(Down)までの走行時間、etc
・V: 速度(Velocity)
- 単位[km/h]------ VR：走行路上の平均速度
・P: 電力量(Power of Electricity)
- 単位[KWh]------- Prun: 区間を走行(run)するに必要な電力量、Psoc：電池(SOC)に蓄電されている初期の電力量、 Pgen: 走行しながら発電(generate)した時の発電量（蓄電量）、Pup: 発電しながら登坂走行(Up)した時の発電量、 Psoh: 電池の蓄電上限値（High limit of SOC）、Psol:電池の蓄電下限値(Low limit of SOC)
・PG：発電機の電力(Power of Generator)
- 単位[kW], etc
・PR：平坦路走行時に必要な消費電力(Power for Run)：走行電費(CR)と関係あり
- 単位[KW]、etc
・PU: 登坂走行時に必要な消費電力(Power for Up)：登坂電費(CU)との関係あり
- 単位[KW]、etc
・PGR： 平坦路走行時に発電機が発電時の電力(PG)から走行に必要な消費電力(PR)を引いた電池に充電可能な蓄電電力
- 単位[KW]-------(PG - PR)：電池に充電可能な蓄電電力
・PGU: 登坂路走行時に発電機が発電時の電力(PG)から登坂走行に必要な消費電力(PU)を引いた電池に充電可能な蓄電電力
- 単位[KW]-------(PG - PU)：電池に充電可能な蓄電電力（PG < PU の場合は電池への蓄電ではなく電池走行となる）
・C: 電費(Consumption of electricity)
- 単位[km/KWh]------- CR: 平坦路を走行時の平均電費、CU: 登坂路を走行時の平均電費、etc

図１は平地走行の場合である。なお斜めの実線と破線はSOCの様子を示している。
図１−１は電池の蓄電量が下限値の場合である。
・Prun1: 発電区間の走行に必要な走行電力量[KWh]
・Prun2: 残りの走行に必要な走行電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2: 発電機による発電電力量[KWh]であり走行に必要な全走行電力量に等しい
・PG: 発電機の発電電力[KW]
・PR: 走行時の走行消費電力[KW]
・PGR: 発電しながら走行する時の電池の蓄電に使える電力(PG-PR)
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LG)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LG/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
Tgen=(LG/CR)x(1/PGR)=(LG/CR)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとするとLGまでの走行時間(TG): TG=LG/VR
=>発電時間(Tgen)が走行時間(TG)より短ければ走行可能（PG>PRなので成り立つ）
=>PG=PRの時は、走行中は常時発電をする事になる
図１−２は電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2-Psoc : 必要な発電電力量(Pgen)は走行電力量であり(Prun1+Prun2)から蓄電量(Psoc)を引いた値
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LG)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LG/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
・よって、Tgen=(LG/CR - Psoc)x(1/PGR)=(LG/CR-Psoc)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとするとLGまでの走行時間(TG): TG=LG/VR
=>蓄電量(Psoc)が多いほど発電時間(Tgen)は短縮できる
図１−３は蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
以下の様に制御する。
・走行電力量(Prun1+Prun2)と蓄電量(Psoc)を比較
=> Psoc > Prun1+Prun2であり蓄電量でその区間(LG)の走行可能（LG地点で蓄電量は余る）

図２は静音区域（病院などの医療区域、学校などの学園区域、トンネルなど）の場合である。
図２−１は電池の蓄電量が下限値の場合である。
・Prun1: 発電区間の走行に必要な走行電力量[KWh]
・Prun2: 静音区域を含めた残りの走行に必要な走行電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2: 走行に必要な発電機による発電電力量[KWh]
・PG: 発電機の発電電力[KW]
・PR: 走行時の走行消費電力[KW]
・PGR=PG-PR : 発電しながら走行する時の電池の蓄電に使える正味の電力[KW]
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LG)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LG/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
Tgen=(LG/CR)x(1/PGR)=(LG/CR)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとすると発電機が駆動して走行する距離(Lgen)の値: Lgen=Tgen x VR
=>発電機を駆動させて走行する距離(Lgen)が静音区域の開始地点(LQ)より小さい場合は問題なし
=>Lgen > LQ の場合は前区間から蓄電量を見直す、それが不可の時は(a)発電機の発電電力を増加させる、 (b)速度を緩和するか停止して蓄電する、(c)静音区域でも発電して走行する
図２−２は電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2-Psoc : 発電電力量(Pgen)は走行電力量(Prun1+Prun2)から蓄電量(Psoc)を引いた値
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LG)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LG/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
・よって、Tgen=(LG/CR - Psoc)x(1/PGR)=(LG/CR-Psoc)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとすると発電機が駆動して走行する距離(Lgen)の値: Lgen=Tgen x VR
=>発電機を駆動させて走行する距離(Lgen)が静音区域の開始地点(LQ)より小さい場合は問題なし
=>Lgen > LQ の場合は前区間から蓄電量を見直す、それが不可の時は(a)発電機の発電電力を増加させる、 (b)速度を緩和するか停止して蓄電する、(c)静音区域でも発電して走行する
図２−３は蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
以下の様に制御する。
・走行電力量(Prun1+Prun2)と蓄電量(Psoc)を比較
=> Psoc > Prun1+Prun2 であり蓄電量で走行可能（静音区間の出口でも蓄電量は残る）

図３は下坂の場合である。
図３−１は電池の蓄電量が下限値の場合である。
・Prun1: 発電区間の走行に必要な走行電力量[KWh]
・Prun2: 下坂区域の開始地点までの残りの走行に必要な走行電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2: 走行に必要な発電機による発電電力量[KWh]
・PG: 発電機の発電電力[KW]
・PR: 走行時の走行消費電力[KW]
・PGR=PG-PR : 発電しながら走行する時の電池の蓄電に使える電力[KW]
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LD)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LD/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
・よって、Tgen=(LD/CR)x(1/PGR)=(LD/CR)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとするとLDまでの走行時間(TG): TD=LD/VR
=>発電時間(Tgen)が走行時間(TD)より短ければ走行可能（通常は短い）
=>PG=PRの場合はLDの開始時点まで走行中は発電をする事になる
図３−２は電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2-Psoc : 発電電力量(Pgen)は走行電力量(Prun1+Prun2)から蓄電量(Psoc)を引いた値
以下の様に制御する。
・電費から算出した必要な走行電力は走行距離(LG)を平均電費(CR)で割った値: Pgen=LG/CR
・発電機を動作させる期間: Tgen=Pgen/PGR
・よって、Tgen=(LD/CR - Psoc)x(1/PGR)=(LD/CR-Psoc)x(1/(PG-PR))
・平均速度をVRとするとLDまでの走行時間(TG): TD=LD/VR
=>発電時間(Tgen)が走行時間(TD)より短ければ走行可能（通常は短い）
=>PG=PRの場合はLDの開始時点まで走行中は発電をする事になる
図３−３は蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
以下の様に制御する。
・走行電力量(Prun1+Prun2)と蓄電量(Psoc)を比較
=> Psoc > Prun1+Prun2 であり蓄電量だけで走行可能（下坂区域の開始地点でも蓄電量は残る）

図４は登坂の場合である。
図４−１は電池の蓄電量が下限値の場合である。
・Prun1: 発電区間の走行に必要な走行電力量[KWh]
・Prun2: 発電区間から登山区域の間の走行に必要な電力量[KWh]
・Pup: 登坂区域の走行に必要な電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2 +Pup: 発電機による発電電力量[KWh]であり走行に必要な全走行電力量に等しい
・Prem: 全体の必要発電量から登坂開始地点までの必要発電量を引いた登坂路を走行するに必要な発電量(Remain)
・PG: 発電機の発電電力[KW]
・PR: 平坦路走行時の走行消費電力[KW]
・PU: 登坂路走行時の走行消費電力[KW]
・PGR=PG-PR : 平坦路を発電しながら走行する時の電池の蓄電に使える電力[KW]
・PGU=PG-PU : 登坂路を発電しながら走行する時の電池の蓄電に使える電力[KW]
以下の様に制御する。
・必要な走行電力は、登坂開始までの平坦走行距離(LU)を平均電費(CR)で割った値(Pgen1=LU/CR)と、登坂区域(LG-LU)を登坂電費(CU)で割った値の Pgen2=(LG-LU)/CU)を加えた電力量(Pgen=Pgen1+Pgen2) となる。
Pgen = Pgen1+Pgen2 = Prun1+Prun2+Pup = (LU/CR) + (LG-LU)/CU
(1) PR > PU（平坦路走行での発電電力(PR)は登坂時の走行消費電力(PU)より大 きい場合）
・平坦路走行の時に発電機が動作する時間(Tgen)は必要電力量(Pgen)を発電電力(PGR)で割った値
Tgen = Pgen/PGR = （(LU/CR) + (LG-LU)/CU)/(PG-PR)
・LUまでに走行する走行時間
TU = LU/VR
・TgenとTUを比較してTgen < TUならば登坂区域を走行する前に発電機を停止出来て後は電池走行で登坂が可能
・Tgen > TUの場合は発電しながら登坂走行が必要
・登坂開始時点で必要な残りの発電電力(Prem)は、LUまでの走行に消費した電力量をPgenから引いた値（Pupに等しい）
Prem = Pgen - (LU/VR)(PG-PR) =((LU/CR) + (LG-LU)/CU) - (LU/VR)(PG-PR)
・Premで登坂を発電しながら走行する距離はPremを登坂電費(CU)で掛けた値
Lrem = Prem x CU
・Premで登坂を発電しながら走行する時の発電時間はLremをVRで割った値
Trem = Lrem/VR
・PR >PUなので蓄電しながら登坂走行し登頂前に発電機は停止となる
(2) PR< PU（以下の場合があり得る）
・もしLremが登坂全走行路(LG-LU)よりも小さい場合は、登坂走行での発電電力量が登頂までに必要な電力量よりも少ないため、前区間から蓄電量を見直す、それが不可の時は(a)発電機の発電電力を増加させる、 (b)速度を緩和するか停止して蓄電する事が必要となる
図４−２は電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合である
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2+Pup -Psoc : 発電電力量(Pgen)は走行電力量(Prun1+Prun2+Pup)から蓄電量(Psoc)を引いた値
以下の様に制御する。
・必要な走行電力は、登坂開始までの走行距離(LU)を平均電費(CR)で割った値(Pgen1=LU/CR)と、登坂区域(LG-LU)を登坂電費(CU)で割った値(Pgen2=(LG-LU)/CU)を加えた電力量からPsocを引いた量となる
Pgen = Pgen1+Pgen2-Psoc = Prun1+Prun2+Pup-Psoc = (LU/CR) + ((LG-LU)/CU )-Psoc
(1) PR > PU（平坦路走行での発電電力(PR)は登坂時の走行消費電力(PU)より大 きい場合）
・平坦路走行の時に発電機が動作する時間(Tgen)は必要電力量(Pgen)を発電電 力(PGR)で割った値
Tgen = Pgen/PGR = ((LU/CR) + ((LG-LU)/CU) - Psoc)/(PG-PR)
・LUまでに走行する走行時間
TU = LU/VR
・TgenとTUを比較してTgen < TUならば登坂区域を走行する前に発電機を停止出来て後は電池走行で登坂が可能
・Tgen > TUの場合は発電しながら登坂走行が必要
・登坂開始時点で必要な残りの発電電力(Prem)は、LUまでの走行に消費した電力量をPgenから引いた値（Pupに等しい）
Prem = Pgen - (LU/VR)(PG-PR) =((LU/CR) + ((LG-LU)/CU) - Psoc) - (LU/VR)(PG-PR)
・Premで登坂を発電しながら走行する距離はPremを登坂電費(CU)で掛けた値
Lrem = Prem x CU
・Premで登坂を発電しながら走行する時の発電時間はLremをVRで割った値
Trem = Lrem/VR
・PR >PUなので蓄電しながら登坂走行し登頂前に発電機は停止となる
(2) PR< PU（以下の場合があり得る）
・もしLremが登坂全走行路(LG-LU)よりも小さい場合は、登坂走行での発電電力量が登頂までに必要な電力量よりも少ないため、前区間から蓄電量を見直す、それが不可の時は(a)発電機の発電電力を増加させる、 (b)速度を緩和するか停止して蓄電する事が必要となる
図４−３は蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合である。
・Psoc: 電池に蓄電されている電力量[KWh]
・Pgen=Prun1+Prun2-Psoc : 発電電力量(Pgen)は走行電力量(Prun1+Prun2)から蓄電量(Psoc)を引いた値
以下の様に制御する。
・走行電力量(Prun1+Prun2)と蓄電量(Psoc)を比較
=> Psoc > Prun1+Prun2 なので電池の蓄電量で走行可能（登頂時点でも蓄電量は残る）

上記の記述において登坂に必要な電力量は坂道の電費として計算し、下坂は回生電力量として考慮したが、垂直方法の電力量は位置エネルギーとしても計算も出来る。この場合は、車両の重量(m)、重力加速度(g)、標高(h)とすると位置エネルギーはmghであり単位はジュール(J)なのでこれを電力量(KWh)に換算する事で、坂道でも平地走行での電費に位置エネルギーを加算する事で坂道走行の消費電力量が導ける。

次に走行路全体のSOCチャート作成方法について記す。作成に当たっては以下の順番に行う。
１．各事象の区間毎に出発地点から配置する。
−各事象はまず開始地点において蓄電量が下限値（Psol）となるように設定し、さらに終了地点でも下限値になる様に作成する（静音区間等では下限値以下になる場合もあり得る）。
−下坂事象のみ回生電力のため終了地点では下限値（Psol）とはならない。
２．出発地点では電池の蓄電量は満充電(Psoh)にされているとする。
３．２の蓄電電力が下限値（Psol）となる地点までを初期充電区間（第１区間）とする。
４．２の蓄電電力が下限値（Psol）に達する前に別の事象が配置されている場合はその事象の区間を含んで下限値（Psol）となった地点までを１区間と考える。
５．４の区間でも下限値（Psol）とならない場合は次の事象も含めた区間までを含めて１区間と考える（次の区間も同様）。
６．前区間の終了地点で蓄電電力が下限値（Psol)にならない例えば下坂の場合は次の区間ではまずその蓄電電力を使い切る
７．SOCチャート作成に当たっては初期充電区間から次に続く区間を見通して、各区間の終了地点が下限値（Psol）以下となる最後の区間を探し、その下限値以下の値を下限値（Psol）になるように修正する作業を後段の区間から前段に向かってSOCチャートを順次修正する（図５−１から図５−３にて詳細に説明する）。
８．目的地区間の終了地点で下限値（Psol）となるように調整できるのが望ましいが蓄電電力が余っていてもOKとする

次に走行路の具体的なSOCチャートの作成手順を図５に示す。図5−１は各事象をその区間毎に走行開始から目的地まで配置したものである。なお縦軸は電池の蓄電量（SOC）であり、横軸は走行速度が一定とした場合は距離又は時間である。以下に手順を記す。
・第1区間では走行前に電池に満充電(Psoh)とした後に電池走行(1D)を行い最後に蓄電量の下限値(Psol)となる（満充電とならない場合もあり得る）
・第2区間の静音区間においては静音区域では発電機を停止するため、その後は電池走行(2D)となり区間の終了地点では蓄電量の下限値(Psol)以下となる
・第3区間の登坂区域では登坂に必要な走行消費電力(PU)が走行電力(PG)よりも大きいため発電していても蓄電量は低下(3D)し、終了地点では蓄電量の下限値(Psol)以下となる
・第4区間の下坂区域では回生電力が蓄電(4Ub)されるため下坂が終了した時点 で電池に蓄電されている
・第5区間の平地区間では目的地に向かう平坦路なので目的地で電池の蓄電量が下限値(Psol)となるように発電時間を調整する
図５−２では図５−１で蓄電池電力が下限値以下になる区間を調整して、走行路全体で蓄電電力が下限値あるいは下限値以上となるように調整する手順を示す。
・図５−２は図５−１の調整前のSOCチャートにおいて静音区間と登坂区間及び第５区間（目的地区間）の調整方法を示している
・第5区間の開始地点では第4区間の回生電力があるので、まずその電力を使用してから不足分を発電して目的地で電池の蓄電量を下限値とする
・第3区間の終了地点で蓄電量を下限値（Psol）まで引き上げるために、その区間のSOCチャートを不足分の電力量(A)だけ上方にシフト(3U', 3D')を行う
・第2区間では登坂区間の不足分(A)と静音区間での不足分(B)をシフト(2U', 2D')したSOCチャートとなる
・第1区間では静音区間での不足分(A+B)を補うために電池走行(1Da')の途中から発電(1U')を移行する
・このようにSOCチャートは図５−１のようにまず各事象を各区間毎に配置し、その後に電池の下限電力量(Psol)以下になる部分を、後ろの区間から前の区分に各区間の終了地点で下限値（Psol）以下とならないように順次調整を行う
図５−３では出来るだけ発電開始回数を抑制する方法を示している。
・図５−２では第１区間では電池走行(1Da')の途中から発電（１U'）に切り替え、再び電池走行（１Db')を行い第２区間の発電開始（２U')に接続している
・それに対して、図５−３では発電走行(1U'')を図のように行うことで第２区間の発電開始(2U')に繋げる事が出来るので発電開始動作を1回減らす事が可能となる
・発電機の開始する時はエンジンの回転数が安定するまでに時間が必要などから出来るだけ発電開始回数を減らすことが望ましい

次に第一区間の初期充電区間が他の事象と重なる場合の考え方を記す。
図６−１は初期充電区間が静音区域と重なった場合であり以下に対応を示す。
・図６−１は初期充電区間の電池走行(D1)が下限値（Psol）に達する前に静音区域に入り、静音区域の途中で下限値（Psol）となる場合である。
・静音区域で下限値（Psol）になった後で発電(U1)する事は避けなければならないので、静音区域が始まるところで発電(U2)が終了するように調整をする。
図６−２は初期充電区間が下坂区域と重なった場合であり以下の様になる。
・図６−２は初期充電区間の電池走行(D1)が下限値（Psol）に達する前に下坂区域に入る場合である。
・下坂区域での回生電力(U1)のため下坂区域ではSOCチャートが折れ曲
グラフ(U2)となる（U2とU1の平行部分は限りなく近い）
図６−３は初期充電区間が登坂区域と重なった第一の場合であり以下に対応を示す。
・図６−３は初期充電区間の電池走行(D1)による区間が下限値（Psol）に達する前に登坂区域に入る場合である。
・走行電力(PG)が登坂消費走行電力(PU)より大きい場合は、登坂区域の途中
で発電(U1)を行なう事で走行が出来る。
図６−４は初期充電区間が登坂区域と重なった第二の場合であり以下に対応を示す。
・図６−４は初期充電区間の電池走行(D1)による区間が下限値（Psol）に達する前に登坂区域に入る第二の場合である。
・走行電力(PG)が登坂消費走行電力(PU)より小さいので登坂区域で発電を
行なっても蓄電量は減少する(D2)。
・登坂区域に入る前に蓄電(U1)して登坂区域に入っても発電(D3)を継続し終了地 点で下限値（Psol）となるように調整を行う。
図７は発電中に蓄電電力が電池の上限値に達した場合の対応について示す。
・図７は発電過程で蓄電電力量が電池の上限値(Psoh)を超える場合である。
・対処方法は2つあり、1つは上限値（Psoh）で発電を停止した後に再び発電(U2)を行ない、以後は電池走行(D1)をして下限値（Psol）に達したら再び発電(U3)を行なう方法。
・他の方法は上限値（Psoh）で発電を停止した後は電池走行(D2)を行い下限値（Psol）に到達した後で発電(U4) を行なう方法。

図８−１と図８−２に記した走行路全体の走行計画（SOCチャート）のフローチャートを示す。
図８−１はその日に走行する走行路を地図上から選択して、走行路中に存在する事象を抽出し、事象を含む小区間のSOCチャート作成後に走行路に配置した全小区間で、各小区間の終了地点で蓄電量が下限値以下になる場合はSOCチャートを調整する工程の全体フローチャートである。
図８−２は配置した小区間の最後の区間から順次前の区間に戻りながらSOCチャートを調整するための図８−１内で使用するサブルーチンのフローチャートである。まず、（A）最終区間（目的地区間）を除く各区間の終了地点での蓄電量が下限値の許容値以内に入っているかを確認し、（B）YESの場合は最終区間の終了地点の蓄電量が下限値の許容値以内或いはそれ以上であるならば走行路全体のSOCチャートの調整は必要なくサブルーチンから抜ける。
（A）でNOの場合は、（C）最終区間の終了地点の蓄電量が下限値以下の場合はその値が下限値の許容値以内になるようにその区間のSOCチャートをシフトする。（D）次に1つ前の区間に移動する。（E）その区間が第一区間の初期充電区間かを判断して、（F）YESの場合は後の区間の開始地点での電力量(SOC値)に等しくするために電池走行の途中から発電を開始するようにSOCチャートを変更しサブルーチンから抜ける。
（E）でNOの場合は、（G）その区間の終了地点の蓄電量は下限値の許容値以内かを判断しYESの場合は（D）に戻る。（D）,（E）,（G）のループを繰り返すことで最終的には（F）の区間に移行しサブルーチンから抜ける。
（G）でNOの場合は（H）その区間の終了地点の蓄電量が下限値の許容値以下かを判断しNOの場合は下限値以上なので、（I）1つ後の区間の開始地点の蓄電量をその前の区間の終了値の蓄電量に一致するように調整をして（D）に戻る。
（H）でYESの場合は（J）その区間の終了地点の蓄電量が下限値の値となるようにその区間のSOCチャートをシフトする。（K）では(J)での調整後にその区間の開始地点での電力量が変化した場合は、1つ前の区間の終了区間の蓄電量をその変化に一致するように区間のSOCチャートを調整して（D）に戻る。このループを繰り返すことで最終的に（E）の第一区間に戻りサブルーチンから抜ける。

本発明は、発電機で電池に充電し、その充電された電力でよりモーターを駆動する事によって走行するレンジエクステンダー車両の効率走行方法に関わり、走行前に地図情報から走行ルート上に存在する学校や病院領域等の静音区間、登坂や下坂などの各事象を抽出し、それら個々の事象を含む小区間を設定し、走行開始区間から目的地区間まで連続して個々の小区間を配置し調整する事で走行ルート全体での電池の蓄電及び電力量の使用を最適に行えるアルゴリズムについてである。

平地区間を走行の場合であり電池の蓄電量が下限値の場合 電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合 蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合 静音区間を走行の場合であり電池の蓄電量が下限値の場合 電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合 蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合 下坂区間を走行の場合であり電池の蓄電量が下限値の場合 電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合 蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合 登坂区間を走行の場合であり電池の蓄電量が下限値の場合 電池に蓄電されているが走行途中で発電が必要な場合 蓄電量が走行に必要な電力量よりも多い場合 各事象をその区間毎に走行開始から目的地まで配置した様子であり、調整前のSOCチャート 各事象をその区間毎に走行開始から目的地まで配置した様子であり、調整後のSOCチャート 発電開始回数を抑制する方法の一例 初期充電区間が静音区域と重なった場合 初期充電区間が下坂区域と重なった場合 初期充電区間が登坂区域と重なった第１場合 初期充電区間が登坂区域と重なった第２場合 発電中に蓄電電力が電池の上限値に達した場合 走行前に作成した走行路全体の主フローチャート 主フローチャートの中のサブルーチンフローチャートとその時のSOCチャート概要図

Claims (14)

1. 走行ルートを事象事の小区分に分割して出発地点から目的地点まで順番に配置し、走行開始する最初の第1区間を初期充電区間と称し、目的地を含む区間を目的地区間と称し、それらの間の任意の区間の開始地点はそのすぐ前の区間の事象の終了地点と一致する事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
2. 請求項１に関わり、各区間毎に開始地点では電池の蓄電量を下限値に設定し、その区間の最終地点では蓄電量の下限値になるように電池の蓄電量（SOC）の変化を表すSOCチャートを作成する事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
3. 請求項１に関わり、初期充電区間は外部充電による電池への充電を行った地点を走行開始地点とし、走行中に電池の蓄電量が下限値の許容値以内に達した地点を初期充電区間の終了地点とする事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
4. 請求項２に関わり、発電機の停止が望まれる区域ではその区域の開始地点では発電機を停止して走行する事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
5. 請求項４に関わり、各区間の走行開始地点において蓄電量を下限値に設定して発電走行を行い、その後に電池走行に切り替えてた時に走行終了地点において蓄電量が下限値の許容値よりも少なくなる事がある場合は、走行終了地点の蓄電量が下限値となる様にその区間のSOCチャート全体を上方に移動して修正する事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
6. 請求項２に関わり、最終区間を除く各区間の終了地点において蓄電量が下限値以上の場合は、その直後の区間の開始地点の蓄電量を前の区間の終了地点の蓄電量と等しくなるようにSOCチャートを見直すことを特徴とする計画発電蓄電制御技術。
7. 請求項２に関わり、区間内の発電による蓄電量が電池の上限値に達する場合は発電を停止して電池走行に切り替えるようにSOCチャートを見直すことを特徴とする計画発電蓄電制御技術。
8. 請求項６に関わり、第２区間を修正することにより発電開始地点の蓄電量が下限値よりも上方に移動した場合は、第１区間は電池走行の途中から発電走行に切り替えて第１区間の最終地点での蓄電量が第２区間の発電開始時の蓄電量と等しくなるように調整する事を特徴とした計画発電蓄電制御技術。
9. 請求項４から請求項８に関わり、請求項４から請求項８の手順を目的地区間から順次前の区間に戻りながら行う事で、走行前に走行路全体のSOCチャートを作成する事を特徴とする計画発電蓄電制御技術。
10. 請求項９に関わり、走行開始後は各単位距離若しくは単位時間あるいは距離と時間を組み合わせた単位毎に、その場所をGISとGNSS等で把握し、その地点の電池の蓄電量と走行前に立てたSOCチャートからの同地点の蓄電量との差異を計算し、その結果を用いてその地点から目的地までのSOCチャートを、走行前に計画したSOCチャートとの誤差が許容値以内に入る様に見直すことを特徴とした計画発電蓄電制御技術。
11. 請求項２に関わり、その区間の走行に必要な電力量を走行距離と電費から求め、発電機の発電量から走行に必要な走行消費電力を引いた電池に蓄電可能な電力量の逆数を先の走行距離に乗算する事で発電機の発電時間を求める事を特徴とした計画発電蓄電制御技術。
12. 請求項１１に関わり、発電に必要な発電量は、走行距離を電費で割り算する事で求める事を特徴とした計画発電蓄電制御技術。
13. 請求項１２に関わり、電費は走行路の斜度に対応した数値を関数とする事を特徴とした計画発電蓄電制御技術。
    特徴とした計画発電蓄電制御技術。
14. 請求項１２に関わり、垂直方向の移動に必要な電力量は位置エネルギーから求める事を特徴とした計画発電蓄電制御技術。

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