JP2023135841A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前輪と後輪とを独立してモータで駆動する車両について各電池のＳＯＣを適切な値に制御すること。【解決手段】前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前輪と後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、前輪用電池のＳＯＣと後輪用電池のＳＯＣとを制御するＳＯＣ制御部を備え、ＳＯＣ制御部は、電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、後輪用電池の目標ＳＯＣを前輪用電池の目標ＳＯＣよりも大きく設定する。【選択図】図５

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関する。

特許文献１には、前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置とが、それぞれにモータと、電池と、燃料電池とを備え、要求駆動トルクを任意の配分比で前輪と後輪とに配分することが開示されている。特許文献１に記載の構成では、要求駆動パワーが所定値未満である場合に電池への充電が可能であると判断し、燃料電池の余剰電力により電池の充電を行う。

特開２００３－３３３７０７号公報

前輪と後輪とを独立してモータで駆動する電動車両では、走行状態に応じて前輪用電池と後輪用電池とで電力消費量に差が生じる。そのため、各電池で必要な充電量に差が生じる。ところが、特許文献１に記載の構成は、電池のＳＯＣ（State of charge）が所定値未満である場合にＳＯＣが所定範囲に収まるように電池の充電を行うことに留まり、各電池のＳＯＣをそれぞれ適切な値にするという観点を含まない。そこで、各電池で必要な充電量が異なることを考慮して各電池のＳＯＣを適切な値に制御することが望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、前輪と後輪とを独立してモータで駆動する車両について各電池のＳＯＣを適切な値に制御することができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前記前輪と前記後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、前記前輪駆動装置は、前記前輪を駆動する前輪用モータと、前記前輪用モータに電力を供給する前輪用電池と、を有し、前記後輪駆動装置は、前記後輪を駆動する後輪用モータと、前記後輪用モータに電力を供給する後輪用電池と、を有し、前記前輪用電池のＳＯＣと前記後輪用電池のＳＯＣとを制御するＳＯＣ制御部を備え、前記ＳＯＣ制御部は、前記電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、前記後輪用電池の目標ＳＯＣを前記前輪用電池の目標ＳＯＣよりも大きく設定することを特徴とする。

本発明では、上りと下りに依らず勾配のある路面では前輪側よりも後輪側に大きな荷重がかかることに基づいて、走行経路が路面の勾配の多い経路となる場合に後輪用電池の目標ＳＯＣを前輪用電池の目標ＳＯＣよりも大きく設定する。これにより、路面の勾配に応じて各電池の充放電を効率的に行うことが可能になり、効率のよく走行することが可能になり、各電池のＳＯＣを適切な値に制御することができる。

図１は、実施形態における電動車両を模式的に示すスケルトン図である。 図２は、電動車両が登坂路を走行する場合を説明するための図である。 図３は、電動車両が平坦路を走行する場合を説明するための図である。 図４は、電動車両が降坂路を走行する場合を説明するための図である。 図５は、各電池の目標ＳＯＣと路面の勾配との関係との関係性を示すグラフ図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電動車両の制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

図１は、実施形態における電動車両を模式的に示すスケルトン図である。電動車両１は、前輪２と後輪３とを独立してモータで駆動することが可能な車両である。電動車両１は、前後左右の車輪をそれぞれに駆動する走行用のモータを備えている。この電動車両１は、前輪２を駆動する前輪駆動装置１０と、後輪３を駆動する後輪駆動装置２０と、前輪駆動装置１０および後輪駆動装置２０を制御する制御装置３０と、を備える。

前輪駆動装置１０は、左前輪２Ａと右前輪２Ｂとを独立してモータで駆動する。前輪駆動装置１０は、前輪用電池１１と、パワーコントローラ（以下、ＰＣＵという）１２と、前輪用モータ（ＭＧ）１３と、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）１４と、を備える。

前輪用電池１１は、前輪用モータ１３に電力を供給する電池である。前輪用電池１１はリチウムイオン電池などの二次電池により構成される。電動車両１に搭載された複数の電池（車載電池）のうち、前輪用電池１１は第１電池である。

ＰＣＵ１２は、前輪用電池１１の電力を変換して前輪用モータ１３に供給する電力変換装置であり、前輪用モータ１３を駆動する。ＰＣＵ１２はＤＣＤＣコンバータ１５とインバータ１６とを含んで構成される。インバータ１６は、左前輪用インバータ１６Ａと右前輪用インバータ１６Ｂとを含む。左前輪用インバータ１６ＡはＤＣＤＣコンバータ１５を介して前輪用電池１１と電気的に接続されている。右前輪用インバータ１６ＢはＤＣＤＣコンバータ１５を介して前輪用電池１１と電気的に接続されている。さらに、左前輪用インバータ１６Ａと右前輪用インバータ１６Ｂとは電気的に接続されている。

前輪用モータ１３は、電動車両１の動力源であり、前輪２を駆動する。前輪用モータ１３から出力された動力はトランスアクスル１４を介して前輪２に伝達される。トランスアクスル１４は、前輪用モータ１３と前輪２とを動力伝達可能に接続する動力伝達機構である。前輪用モータ１３はＰＣＵ１２を介して前輪用電池１１と電気的に接続されている。

また、前輪用モータ１３は、左前輪２Ａを駆動する左前輪用モータ１３Ａと、右前輪２Ｂを駆動する右前輪用モータ１３Ｂとを備える。左前輪用モータ１３Ａは、左前輪用トランスアクスル１４Ａを介して左前輪２Ａと動力伝達可能に連結され、左前輪用インバータ１６Ａを介して前輪用電池１１と電気的に接続されている。右前輪用モータ１３Ｂは、右前輪用トランスアクスル１４Ｂを介して右前輪２Ｂと動力伝達可能に連結され、右前輪用インバータ１６Ｂを介して前輪用電池１１と電気的に接続されている。

後輪駆動装置２０は、左後輪３Ａと右後輪３Ｂとを独立してモータで駆動する。後輪駆動装置２０は、後輪用電池２１と、ＰＣＵ２２と、後輪用モータ（ＭＧ）２３と、トランスアクスル（Ｔ／Ａ）２４と、を備える。

後輪用電池２１は、後輪用モータ２３に電力を供給する電池である。後輪用電池２１はリチウムイオン電池などの二次電池により構成される。電動車両１に搭載された複数の電池（車載電池）のうち、後輪用電池２１は第２電池である。

ＰＣＵ２２は、後輪用電池２１の電力を変換して後輪用モータ２３に供給する電力変換装置であり、後輪用モータ２３を駆動する。ＰＣＵ２２はＤＣＤＣコンバータ２５とインバータ２６とを含んで構成される。インバータ２６は、左後輪用インバータ２６Ａと右後輪用インバータ２６Ｂとを含む。左後輪用インバータ２６ＡはＤＣＤＣコンバータ２５を介して後輪用電池２１と電気的に接続されている。右後輪用インバータ２６ＢはＤＣＤＣコンバータ２５を介して後輪用電池２１と電気的に接続されている。さらに、左後輪用インバータ２６Ａと右後輪用インバータ２６Ｂとは電気的に接続されている。

後輪用モータ２３は、電動車両１の動力源であり、後輪３を駆動する。後輪用モータ２３から出力された動力はトランスアクスル２４を介して後輪３に伝達される。トランスアクスル２４は、後輪用モータ２３と後輪３とを動力伝達可能に接続する動力伝達機構である。後輪用モータ２３はＰＣＵ２２を介して後輪用電池２１と電気的に接続されている。

また、後輪用モータ２３は、左後輪３Ａを駆動する左後輪用モータ２３Ａと、右後輪３Ｂを駆動する右後輪用モータ２３Ｂとを備える。左後輪用モータ２３Ａは、左後輪用トランスアクスル２４Ａを介して左後輪３Ａと動力伝達可能に連結され、左後輪用インバータ２６Ａを介して後輪用電池２１と電気的に接続されている。右後輪用モータ２３Ｂは、右後輪用トランスアクスル２４Ｂを介して右後輪３Ｂと動力伝達可能に連結され、右後輪用インバータ２６Ｂを介して後輪用電池２１と電気的に接続されている。

また、電動車両１は、外部電源から供給される電力を車載電池に充電可能であるとともに、ソーラパネル５１で発電した電力を車載電池に充電可能である。電動車両１は、充電装置４０と、ソーラ充電装置５０と、リレー装置６０と、を備える。

充電装置４０は、外部電源から供給される電力を車載電池に充電する装置である。この充電装置４０は、外部充電器の充電プラグが接続される充電口４１と、リレー４２と、を備える。充電口４１は、正極端子と、負極端子とを含み、リレー４２を介してリレー装置６０と電気的に接続される。リレー４２は、充電口４１とリレー装置６０との間に設けられ、充電口４１とリレー装置６０との電気的な繋がりを選択的に遮断する。

例えば、充電口４１に充電プラグを接続して外部電源から供給される電力を車載電池に充電する場合（外部充電時）、リレー４２は閉じて充電口４１とリレー装置６０との間が通電可能に接続される。一方、外部充電を行わない場合にはリレー４２は開き、充電口４１とリレー装置６０との間が通電不能に遮断される。リレー４２の開閉は制御装置３０により制御される。制御装置３０は充電装置４０を制御する。

ソーラ充電装置５０は、ソーラパネル５１と、スイッチ（ＳＷ）５２と、を備える。ソーラパネル５１は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽電池モジュールである。例えば電動車両１のルーフなどにソーラパネル５１が設置される。ソーラパネル５１で発電された電力は車載電池に充電可能である。スイッチ５２は、ソーラパネル５１とリレー装置６０との間に設けられ、ソーラパネル５１とリレー装置６０との電気的な繋がりを選択的に遮断する。

例えば、ソーラパネル５１で発電した電力を車載電池に充電する場合（ソーラ充電時）、スイッチ５２を閉じてソーラパネル５１とリレー装置６０との間が通電可能に接続される。この場合、ソーラパネル５１で発電した電力がスイッチ５２を介してリレー装置６０に出力される。一方、ソーラ充電を行わない場合にはスイッチ５２を開き、ソーラパネル５１とリレー装置６０との間が通電不能に遮断される。スイッチ５２の開閉は制御装置３０により制御される。制御装置３０はソーラ充電装置５０を制御する。

リレー装置６０は、外部充電もしくはソーラ充電を行う際に複数の車載電池のうちの任意の１つの電池に対して充電を行うように内部のリレーを切り替える。リレー装置６０は、第１リレー６１と、第２リレー６２と、第３リレー６３と、を備える。

第１リレー６１は、外部充電またはソーラ充電時に前輪用電池１１への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。後輪用電池２１を充電対象とする場合には第１リレー６１は開いて前輪用電池１１との通電経路を遮断する。

第２リレー６２は、外部充電またはソーラ充電時に後輪用電池２１への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。前輪用電池１１を充電対象とする場合には第２リレー６２は開いて後輪用電池２１との通電経路を遮断する。

第３リレー６３は、外部充電またはソーラ充電時、エアコンなどの電子機器７０を駆動するための第３電池８０への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。前輪用電池１１または後輪用電池２１を充電対象とする場合には第３リレー６３は開いて第３電池８０との通電経路を遮断する。

第３電池８０は、リレー装置６０を介さずに電子機器７０と電気的に接続されている。そのため、リレー装置６０の開閉を問わずに、第３電池８０を電子機器７０の駆動に用いることができる。

また、電子機器７０の駆動には前輪用電池１１と後輪用電池２１とを用いることも可能である。電子機器７０は前輪用電池１１と電気的に接続可能であるとともに、後輪用電池２１と電気的に接続可能である。前輪用電池１１と後輪用電池２１とはリレー装置６０を介さずに電子機器７０と電気的に接続されている。

さらに、電動車両１は、車載電池として、第４電池９０を備える。第４電池９０は、他の３つの電池に電力を給電する。前輪用電池１１と後輪用電池２１と第３電池８０とはそれぞれに第４電池９０と電気的に接続されることが可能である。

制御装置３０は、電動車両１を制御する電子制御装置である。この電子制御装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェースを備えたマイクロコントローラを含んで構成されている。制御装置３０は、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。制御装置３０には、電動車両１に搭載された各種センサからの信号が入力される。

例えば、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサからの信号や、車速を検出する車速センサからの信号や、前輪用電池１１の電流を検出する電流センサからの信号や、前輪用電池１１の電圧を検出する電圧センサからの信号や、後輪用電池２１の電流を検出する電流センサからの信号や、後輪用電池２１の電圧を検出する電圧センサからの信号などが制御装置３０に入力される。そして、制御装置３０各種センサから入力された信号に基づいて各種の制御を実行する。

具体的には、制御装置３０は前輪用電池１１の電流センサと電圧センサとから入力される信号に基づいて前輪用電池１１のＳＯＣを算出する。制御装置３０は前輪用電池１１の目標ＳＯＣを設定する。そして、制御装置３０は現在のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるように前輪用電池１１のＳＯＣを制御する。同様に、制御装置３０は後輪用電池２１の電流センサと電圧センサとから入力される信号に基づいて後輪用電池２１のＳＯＣを算出する。制御装置３０は後輪用電池２１の目標ＳＯＣを設定する。そして、制御装置３０は現在のＳＯＣが目標ＳＯＣとなるように後輪用電池２１のＳＯＣを制御する。このように、制御装置３０は、前輪用電池１１のＳＯＣと後輪用電池２１のＳＯＣとを制御するＳＯＣ制御部を備える。

また、制御装置３０は、ナビゲーション装置から電動車両１の走行経路に関する情報を取得する。ナビゲーション装置は、電動車両１の現在位置と電動車両１の搭乗者からの操作により設定された目的地に関する情報とに基づいて、目的地までの走行経路を設定する。つまり、ナビゲーション装置は目的地までの走行経路に関する情報として、電動車両１における将来の経路情報を有する。ナビゲーション装置は電動車両１の目的地までの走行経路に関する情報を制御装置３０に出力する。

また、制御装置３０は、電動車両１の駆動力を制御する駆動力制御を実行する。駆動力制御において、制御装置３０はアクセル開度と車速とに基づいて要求駆動力を算出する。さらに、制御装置３０は前輪２と後輪３との駆動力配分を制御することにより、前後輪において、要求駆動力に対してモータで実現する駆動力を任意に制御可能である。つまり、制御装置３０は要求駆動力に対する前輪２の駆動力と後輪３の駆動力との配分を制御することにより、前後輪の駆動力を任意の配分比に制御して要求駆動力を実現する。

その際、駆動力の配分比は、電動車両１が走行する路面の勾配（平坦さ）に応じて決まる。すなわち、電動車両１のエネルギ効率が最適となる駆動力の配分比は、図２～図４に示すように、路面の勾配に応じて異なる。具体的には、駆動力の配分比の最適値は、電動車両１の前後荷重割合、路面状況、勾配の角度などによって異なる。

図２に示すように、電動車両１が平坦路１０１を走行する場合、電動車両１の静荷重配分に沿った駆動力配分となることがエネルギ効率に良いため、前輪２の駆動力と後輪３の駆動力とを等分配にすることが効率的である。そこで、制御装置３０は、電動車両１が平坦路１０１を走行する際、前輪２と後輪３の駆動力配分を同じ割合に制御する。この場合、前輪用電池１１の電力消費量と後輪用電池２１の電力消費量とは同等となる。

図３に示すように、電動車両１が登坂路１０２を走行する場合、上り勾配であるので、電動車両１のリア側に大きな荷重がかかり、駆動力配分もリア側の割合を大きくした方がエネルギ効率は良いため、後輪３の駆動力が前輪２の駆動力よりも大きくなるように駆動力配分することが効率的である。そこで、制御装置３０は、電動車両１が登坂路１０２を走行する際、前輪２と後輪３の駆動力配分を後輪３側の割合が大きくなるように制御する。この場合、後輪用電池２１の電力消費量は前輪用電池１１の電力消費量よりも大きくなる。

図４に示すように、電動車両１が降坂路１０３を走行する場合、下り勾配であるので、電動車両１のフロント側に大きな荷重がかかる。この状態で電動車両１がある程度の車速を維持して走行する場合にはモータによる回生を行う必要があるため、フロント側の回生割合が大きくなる。つまり、駆動力配分はフロント側の回生量が大きくなるようにした方がエネルギ効率は良いため、前輪２の回生量が後輪３の回生量よりも大きくなるように駆動力配分することが効率的である。そこで、制御装置３０は、電動車両１が降坂路１０３を走行する際、前輪２と後輪３の駆動力配分を、前輪２側の回生量が後輪３側の回生量よりも大きくなる割合に制御する。この場合、後輪用電池２１の回生量（充電量）は前輪用電池１１の回生量（充電量）よりも小さくなる。

このように、電動車両１は上りと下りに依らず路面の勾配の割合が多くなるほど、また平坦の割合が少ないほど、後輪用電池２１のＳＯＣを前輪用電池１１のＳＯＣよりも大きくする必要が生じる。そこで、制御装置３０は、将来の経路情報から走行予定経路の勾配度合（登降坂の割合や坂路の角度）に応じて、前輪用電池１１の目標ＳＯＣと後輪用電池２１の目標ＳＯＣとをそれぞれ算出し設定する。

図５に示すように、制御装置３０は、電動車両１の目的地までの走行経路について、上り下りに依らず路面の勾配が多いほど、後輪用電池２１の目標ＳＯＣが前輪用電池１１の目標ＳＯＣよりも大きくなるように各電池の目標ＳＯＣを設定する。後輪用電池２１の目標ＳＯＣは平坦側から勾配が多くなるにつれて徐々に大きくなる。一方、前輪用電池１１の目標ＳＯＣは平坦側から勾配が多くなるにつれて徐々に小さくなる。制御装置３０は、前輪用電池１１の目標ＳＯＣを後輪用電池２１の目標ＳＯＣよりも小さく設定し、平坦の割合が多くなるほど目標ＳＯＣ同士の乖離が小さくなり、勾配の割合が多くなるほど目標ＳＯＣ同士の乖離が大きくなる。

以上説明した通り、実施形態によれば、複数の電池を搭載した電動車両１において、それぞれの電池が異なる車輪の駆動や電子機器７０の稼働に用いられる車両システムについて、将来的に走行する経路の勾配や平坦度に応じて車輪の駆動に用いる電池の目標ＳＯＣ（電池残量）を変えることができる。制御装置３０は、電動車両１の走行経路が路面の勾配の多い経路となる場合に後輪用電池の目標ＳＯＣを前輪用電池の目標ＳＯＣよりも大きく設定する。これにより、路面の勾配に応じて各電池の充放電を効率的に行うことが可能になり、効率のよく走行することが可能になり、各電池のＳＯＣを適切な値に制御することができる。

また、平坦基調の経路が想定される場合、制御装置３０は前輪用電池１１の目標ＳＯＣと後輪用電池２１の目標ＳＯＣとを同程度にする。これにより、目的地までの走行経路に応じて前輪用電池１１と後輪用電池２１とをそれぞれ適切なＳＯＣに制御することができる。

また、走行経路に応じて前後輪の目標ＳＯＣを設定することにより、電池の充電時間に対する走行距離を最大化することが可能である。制御装置３０は、外部充電またはソーラ充電を用いた充電制御を実行することができる。

例えば、制御装置３０は各電池の目標ＳＯＣを図５に示すように経路に合わせた値に設定することにより、外部充電時やソーラ充電時、前輪用電池１１と後輪用電池２１とのうち目標ＳＯＣとの乖離が大きいほうの電池から優先して充電を行う。これにより、限られた充電時間の範囲において、充電後の走行距離を最大化することができる。なお、充電時間が十分に確保できる場合には目標ＳＯＣに依らずに満充電となるように充電することが望ましい。

また、制御装置３０は経路勾配度の判断を走行経路の走行開始前に行い、それから計算される目標ＳＯＣに基づいて充電することが可能である。あるいは、制御装置３０は経路勾配度の判断結果を、走行中にソーラパネル５１等を用いて充電する際の充電優先度の判定に用いることが可能である。さらに、制御装置３０は走行中の充電時に経路勾配度の判断を逐一実施して、最新の目標ＳＯＣに応じて充電を行うことが可能である。

なお、上述した実施形態は一例であり、電動車両１に搭載される電池の数や電池と対応する駆動輪の関係はこれに限定されない。

また、目標ＳＯＣを設定した後の充電方法は上述した方法に限定されず、任意の電池に充電可能な方法であればよい。例えば発電方法として、エンジンを用いて発電を行ってもよい。具体的には、電動車両１は発電用のエンジンを搭載したレンジエクステンダー車両であってもよい。

また、経路勾配度に応じた目標ＳＯＣの設定は、平坦な場合の前後の目標ＳＯＣや、勾配度が上がるにつれて目標ＳＯＣが変化する割合も、図５に例示するものに限定されない。

１ 電動車両
２ 前輪
２Ａ 左前輪
２Ｂ 右前輪
３ 後輪
３Ａ 左後輪
３Ｂ 右後輪
１０ 前輪駆動装置
１１ 前輪用電池
１３ 前輪用モータ
１３Ａ 左前輪用モータ
１３Ｂ 右前輪用モータ
２０ 後輪駆動装置
２１ 後輪用電池
２３ 後輪用モータ
２３Ａ 左後輪用モータ
２３Ｂ 右後輪用モータ
３０ 制御装置

Claims (1)

1. 前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前記前輪と前記後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、
   前記前輪駆動装置は、
   前記前輪を駆動する前輪用モータと、
   前記前輪用モータに電力を供給する前輪用電池と、を有し、
   前記後輪駆動装置は、
   前記後輪を駆動する後輪用モータと、
   前記後輪用モータに電力を供給する後輪用電池と、を有し、
   前記前輪用電池のＳＯＣと前記後輪用電池のＳＯＣとを制御するＳＯＣ制御部を備え、
   前記ＳＯＣ制御部は、前記電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、前記後輪用電池の目標ＳＯＣを前記前輪用電池の目標ＳＯＣよりも大きく設定する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。

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