JP6091466B2 - 電動車両の充電制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置から供給される電力により駆動される電動機の動力を用いて走行し、電動機による回生制動により制動力を付与する電動車両の充電制御装置に関する。

走行動力として電動機を用いる電動車両が知られている。この電動車両において、例えば、特許文献１に開示されているように、シフト位置を後退位置にしてアクセルペダル操作により後退している状態において、シフト位置を前進位置に切り替えてアクセルペダルの操作を継続して前進するとき、電動機を発電機として動作させて回生制動をかけることにより電動車両を後退状態から円滑に停止させ、停止状態から前進状態へ移行させる、所謂、スイッチバック操作の走行技術が知られている。

図４に、スイッチバック走行時に回生制動で減速しながら進行方向を反転する際の動作を説明するためのタイミング図が示されている。上から順に、シフト位置、車速［ｋｍ／ｈ］、加速度［ｍ／ｓ^２］、駆動力［Ｎ］を示す。

図４によれば、シフト位置がＲレンジで後退している状態（モータ回転数は逆転側、モータトルクは力行側）において、進行方向を前進に切り替えたいとき、ドライバは、ＲレンジからＤ位置にシフト操作を行う。電動車両は、モータトルクが力行側から回生側に切り替わると、アクセルペダルの操作量に応じた駆動力（回生制動）で減速し、停止してモータ回転数が逆転側から正転側に切り替わり、電動車両の進行方向が後退方向から前進方向に反転する。

ところが、図５に示すように、モータトルクが力行側から回生側に切り替わろうとするときに、蓄電装置が満充電状態であれば回生制動が制限され、結果的に減速Ｇ抜けが発生してドライバが意図する運転ができなくなる。この状態を回避するために、例えば、特許文献２に、スイッチバック走行時に、蓄電装置の充電状態にかかわらず回生制動による減速が可能な電動車両の制御装置および制御方法が記載されている。具体的に、同文献の段落［００５１］に記載されているように、バッテリが満充電状態にあれば回生制動が制限されることから、スイッチバック走行による回生分を見越して満充電の閾値を小さく設定している。

特開２００７−７４８１７号公報 ＷＯ２０１３／０８４６８２号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術によれば、シフト位置を後退位置にしてアクセル操作により電動車両を後退させている状態において、シフト位置を前進位置に切り替えたとき、例え、満充電状態であっても回生制動がかかりながら車両が減速して停止するため、蓄電装置の充電状態に依存することなくスイッチバック走行時に回生制動がかかるようになる。しかしながら、スイッチバック走行による回生分を予め充電余裕（充電マージン）として設定すると、スイッチバックを伴わない通常走行中にも充電マージンを多く設定する必要が有るため、蓄電装置の使用電力が抑制されることから航続距離が短くなるという課題があった。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、スイッチバック走行が行われた場合に回生制動による減速を可能にして運転フィールの向上をはかり、かつ航続距離の低下を回避する電動車両の充電制御装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために請求項１に記載の発明は、蓄電装置から供給される電力により駆動される電動機の動力を用いて走行し、前記電動機による回生制動により制動力を付与する電動車両の充電制御装置であって、前記蓄電装置への充電量を制御する制御手段と、前記蓄電装置の充電中に、前記電動車両の運転操作に起因して発生する、前記電動車両の移動方向と前記電動車両のシフト位置が示す移動方向とが異なるスイッチバック走行の開始を予測する予測手段と、を備え、前記制御手段は、前記予測手段で前記スイッチバック走行の開始が予測された場合に、前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の電動車両の充電制御装置において、前記制御手段は、前記予測手段が前記電動車両の前向き駐車を検出した場合に前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２記載の電動車両の充電制御装置において、前記予測手段は、前記電動車両の前方に設けられた検知手段により前記前向き駐車を検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３記載の電動車両の充電制御装置において、前記検知手段は、駐車したときに対向して位置する充電スタンドを撮影するカメラであることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３記載の電動車両の充電制御装置において、前記検知手段は、駐車したときに対向して位置する充電スタンドを検知するミリ波レーダであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２記載の電動車両の充電制御装置において、前記制御手段は、充電スタンドに設置された撮像手段と通信を行い、前記撮像手段から取得される前記電動車両の撮影画像から画像処理によって前記前向き駐車を検出することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１記載の電動車両の充電制御装置において、充電スタンドまたは前記電動車両に操作手段を備え、前記制御手段は、前記操作手段によるスイッチバック操作を検出したタイミングで前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１記載の電動車両の充電制御装置において、前記制御手段は、前記スイッチバック状態の発生頻度を学習して前記スイッチバック状態の発生を予測することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項記載の電動車両の充電制御装置において、前記制御部は、前記電動車両の車速が所定速度を超えたことを検出した場合に、前記充電量を抑制する制御を解除することを特徴とする。

本発明によれば、スイッチバック走行が行われた場合に回生制動による減速を可能にして運転フィールの向上をはかり、かつ航続距離の低下を回避する、電動車両の充電制御装置を提供することができる。

本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。 図１の動作を示すフローチャートである。 図１の変形例を示すブロック図である。 スイッチバック走行時の回生制動が無い場合の動作を説明するために引用したタイミング図である。 スイッチバック走行時の回生制限がある場合の動作を説明するために引用した図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、本実施形態という）を添付図に基づいて説明する。

（実施形態の構成）
図１は、本実施形態の電動車両の充電制御装置の構成を示すブロック図である。図１によれば、電動車両１０は、動力を発生する電動機１２を備え、電動機１２の回転軸は、トランスミッション１４等を介して車輪１６に接続されている。そして、車輪１６には制動力を付与する摩擦ブレーキ１８が係合している。

電動機１２には、３相の結線を介してインバータ２０（電力変換装置）が接続され、インバータ２０には、蓄電装置２２が接続されるとともに、インバータ２０を駆動制御して電動機１２を制御するモータＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４が接続される。

蓄電装置２２は、エネルギーストレージであり、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池、又はキャパシタ等を利用することができる。蓄電装置２２には、充放電電流を制御乃至制限する充放電回路６０が内蔵されている。蓄電装置２２には、充放電回路６０の充放電電流を制御するとともに、蓄電装値２２の充電状態であるＳＯＣ（State Of Charge：残容量）を検出する充電検出部２６１と、充電電流（回生量）を制御する充電量制御部２６２とを備えるバッテリＥＣＵ２６が接続されている。充電量制御部２６１は、後述するモータＥＣＵ２４が内蔵するスイッチバック走行予測部２４１でスイッチバック走行の開始が予測された場合に、充電量を抑制する制御を行う。

モータＥＣＵ２４は、少なくとも、スイッチバック走行予測部２４１と、制動量制御部２４２とを含む。スイッチバック走行予測部２４１は、蓄電装置２２の充電中に、電動車両１０の運転操作に起因して発生するスイッチバック走行の開始を予測する。バッテリＥＣＵ２６の充電量制御部２６２は、モータＥＣＵ２４と通信を行い、スイッチバック走行予測部２４１でスイッチバック走行の開始が予測された場合に充電量を抑制する制御を行う。スイッチバック走行予測部２４１は、電動車両の前方に設けられた、カメラにより撮影される画像、あるいはミリ波レーダから照射されるミリ波を受信する下界センサ６２により車両が前向き駐車したことを検出した場合にスイッチバック走行の開始を予測して充電量制御部２６２を制御する。

このため、モータＥＣＵ２４に内蔵されるスイッチバック走行予測部２４１は、「蓄電装置の充電中に、電動車両の運転操作に起因して発生するスイッチバック走行の開始を予測する予測手段」として機能し、バッテリＥＣＵ２６に内蔵される充電量制御部２６２は、「予測手段でスイッチバック走行の開始が予測された場合に、充電量を抑制する制御を行う制御手段」としてそれぞれ機能する。

モータＥＣＵ２４には、アクセルペダル２８の操作量が操作量センサ３０により検出されたアクセル開度θと、ブレーキペダル３２の操作量が操作量センサ３４により検出されたブレーキ操作量Ｂと、シフトレバー３６の操作位置がシフト位置センサ３８により検出された駐車位置Ｐ（Ｐ位置）、後退位置Ｒ（Ｒ位置）、又は漸進位置Ｄ（Ｄ位置）の各シフト位置と、車速センサ４０により検出された車速Ｖｓと、電動機１２を構成するレゾルバ等の回転数センサで検出されたモータ回転数Ｎｍ、及びモータ回転方向（前進方向、停止、後退方向）Ｍｄ等と、撮像部（カメラ）、あるいはミリ波レーダ等、電動車両１０の前方に設けられた検知手段（下界センサ６２）により検出される情報、あるいは操作部６１からの操作情報がそれぞれ供給されている。

スイッチバック走行予測部２４１は、操作部６１からの操作情報により、あるいは外界センサ６２からの、例えば、駐車したときに対向して位置する充電スタンドを撮影して得られる撮像情報、または障害物検知情報等により電動車両１０の前向き駐車を検出し、これを契機に続く電動車両１０のスイッチバック走行を予測する。モータＥＣＵ２４には、ナビゲーションＥＣＵ（以下、単にナビＥＣＵ４２という）も接続され、このナビＥＣＵ４２から、自車両における地図上の位置、高度等の情報が供給される。

モータＥＣＵ２４には、さらにブレーキＥＣＵ５０が接続される。ブレーキＥＣＵ５０には、ブレーキペダル３２の操作量センサ３４からブレーキ操作量Ｂが供給され、液圧モジュレータ５２を介して車輪１６に対し摩擦制動力を付与する。

一方、モータＥＣＵ２４は、電動機１２の回生電力を、インバータ２０を通じて蓄電装置２２に回収させることで、車輪１６に対して電動機１２の回生制動により制動させる制動力を付与する。モータＥＣＵ２４とブレーキＥＣＵ５０とバッテリＥＣＵ２６は、回生制動による制動力と摩擦制動による制動力との協調制御を行う。

上記のモータＥＣＵ２４、バッテリＥＣＵ２６、及びナビゲーションＥＣＵ４２、ブレーキＥＣＵ５０の各ＥＣＵは、それぞれマイクロコンピュータを含む計算機である。そして、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置等を内蔵する。ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを逐次読み出し実行することにより、例えば、蓄電装置２２の充電中に、電動車両１０の運転操作に起因して発生するスイッチバック走行の開始を予測する予測手段として、あるいは、スイッチバック走行の開始が予測された場合に充電量を抑制する制御を行う制御手段として機能する。

なお、バッテリＥＣＵ２６、モータＥＣＵ２４及びブレーキＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Control Area Network：車載ＬＡＮ）等の通信ネットワークに係る図示しない通信線を通じて相互にデータを利用する等、通信可能に接続されている。

（実施形態の動作）
以下、図２のフローチャートを参照して本実施形態に係る電動車両の充電制御装置の動作について詳細に説明する。

まず、ドライバが電動車両１０を運転し、蓄電装置２２を充電するために充電スタンドと対向して駐車したとする。そして、バッテリＥＣＵ２６では充電検出部２６１が、蓄電装置２２の充電開始を検出し（ステップＳ１０１"ＹＥＳ"）、モータＥＣＵ２４ではスイッチバック走行予測部２４１が、外界センサ６２等により電動車両１０の前向き駐車を検出してスイッチバック走行を予測したとする（ステップＳ１０２"ＹＥＳ"）。

これを受けたバッテリＥＣＵ２６の充電量制御部２６２は、蓄電装置２２に対する充電量を、例えば、満充電時の９５％に抑制する充電完了ＳＯＣの設定制御を行う（ステップＳ１０３）。このＳＯＣ設定による、満充電（１００％）に対する例えば５％程度の充電抑制制御により、図４に示すように、スイッチバック走行時の回生制動による減速を可能にし、その結果、スイッチバック走行時の運転フィールの改善とともに、航続距離の低下を回避することができる。なお、充電完了ＳＯＣの設定については、充電量制御部２６２が、ドライバの普段の運転操作からスイッチバック走行の頻度を学習し、都度設定されたＳＯＣの中から最適な値を選択する構成としてもよい。

一方、後ろ向き駐車等によりスイッチバック走行が予測されない場合（ステップＳ１０２"ＮＯ"）、充電量制御部２６２は、充電量を抑制することなく満充電のＳＯＣ制御を行う（ステップＳ１０４）。このように、スイッチバック走行が行われる可能性が高い場合に充電マージンを多く設定するために航続距離が低下することはない。

続いて、バッテリＥＣＵ２６は、モータＥＣＵ２４から車速センサ４０により検出される車速Ｖｓを通信により取得して判定閾値Ｖ_ＴＨと、を比較する（ステップＳ１０５）。ここで、車速が判定閾値以上（ステップＳ１０５"ＹＥＳ"）、すなわち、予測に反してスイッチバック走行が実際に行われなかった場合、充電量制御部２６２が充電量抑制制御を解除する（ステップＳ１０６）。このことにより、適切に充電量抑制制御を解除できるため、航続距離が低下することはない。

なお、車速Ｖｓが判定閾値未満の場合は（ステップＳ１０５"ＮＯ"）、シフト位置がＲレンジで後退している状態（モータ回転数は逆転側、モータトルクは力行側）において、進行方向を前進に切り替えたいとき、ＲレンジからＤ位置にシフト操作を行ない、モータトルクが力行側から回生側に切り替わるとアクセルペダルの操作量に応じた駆動力（回生制動）で減速し、停止状態を経てモータ回転数が逆転側から正転側に切り替わり、電動車両１０の進行方向が後退方向から前進方向に反転するスイッチバック操作が実施されていると判定し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１以降の処理をループする。

（実施形態の効果）
以上説明のように、本実施形態に係る電動車両の充電制御装置によれば、蓄電装置２２の充電中に、電動車両１０の運転操作に起因して発生するスイッチバック走行の開始を予測された場合に充電量を抑制する制御を行うことにより、仮に、スイッチバック走行が行われた場合でも、回生制動による減速が可能になるため、スムーズなスイッチバック走行を実現し、ドライバビリティの向上がはかれ、かつ、航続距離の低下を回避することができる。

また、電動車両１０の車速（車速Ｖｓ）が所定速度を超えたことを検出した場合に、充電量を抑制する制御を解除することにより、スイッチバック走行が実際に行われなかった場合にも充電量の抑制制御を解除することができるため、航続距離が低下することを回避できる。なお、上記した本実施形態に係る電動車両の充電制御装置によれば、スイッチバック走行予測部２４１が、充電時に電動車両１０が前向き駐車したことを検知することにより電動車両１０のスイッチバック走行の予測を行ったが、外界センサ６２によらず、ドライバによる操作部６１の操作（スイッチバック操作ボタン押下）を検知することで代替してもよい。

また、本実施形態に係る電動車両の充電制御装置によれば、モータＥＣＵ２４にスイッチバック走行予測部２４１を実装し、バッテリＥＣＵ２６に充電量制御部２６２が実装された構成について説明したが、モータＥＣＵ２４，あるいはバッテリＥＣＵ２６のいずれか一方にそれらをともに実装し、あるいは、モータＥＣＵ２４とバッテリＥＣＵ２６を統合した新たなＥＣＵを設計し、その中にスイッチバック走行予測部２４１と充電量制御部２６２とを実装してもよい。この場合、ＥＣＵ間の通信が不要になるため、通信トラフィックが低減され、その分だけ処理速度が向上する。

（変形例）
図３に、本実施形態に係る電動車両の充電制御装置の変形例が示されている。図２に示す実施形態との差異は、電動車両１０に外界センサ６２を設ける代わりに、充電スタンド７０に、例えば、撮像部７１と画像処理部７２とを設け、蓄電装置２２を充電するために充電スタンド７０に対向して停車した電動車両１０を撮像部７１で撮影し、画像処理部７２で処理した画像を近距離無線通信部７３により電動車両１０に送信する構成としたことにある。このため、電動車両１０も、充電スタンド７０と、バッテリＥＣＵ２６との間で通信を行うために、近距離無線通信部２６３を付加する必要がある。

上記した変形例によれば、充電スタンド７０が電動車両の前向き駐車を検出してスイッチバック走行を予測するため、外界センサ６２は不要になって部品点数が削減する他に、スイッチバック予測のためのモータＥＣＵ２４の負荷が軽減される。なお、画像処理によらず、充電スタンド７０に、ドライバがスイッチバック走行を意志表示する操作ボタンを実装してもよい。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１０・・・電動車両、１２・・・電動機、２２・・・蓄電装置、２４・・・モータＥＣＵ、２６・・・バッテリＥＣＵ、７３，２６３・・・近距離無線通信部、６１・・・操作部、６２・・・外界センサ、７０・・・充電スタンド、７１・・・撮像部、７２・・・画像処理部、２４１・・・スイッチバック走行予測部、２４２・・・制動量制御部、２６１・・・充電検出部、２６２・・・充電量制御部

Claims (9)

1. 蓄電装置から供給される電力により駆動される電動機の動力を用いて走行し、前記電動機による回生制動により制動力を付与する電動車両の充電制御装置であって、
   前記蓄電装置への充電量を制御する制御手段と、
   充電スタンドから電力供給を受ける際の前記蓄電装置の充電中に、前記電動車両の運転操作に起因して発生する、前記電動車両の移動方向と前記電動車両のシフト位置が示す移動方向とが異なるスイッチバック走行の開始を予測する予測手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記予測手段で前記スイッチバック走行の開始が予測された場合に、前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする電動車両の充電制御装置。
2. 前記制御手段は、
   前記予測手段が前記電動車両の前向き駐車を検出した場合に前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電動車両の充電制御装置。
3. 前記予測手段は、
   前記電動車両の前方に設けられた検知手段により前記前向き駐車を検出することを特徴とする請求項２記載の電動車両の充電制御装置。
4. 前記検知手段は、
   駐車したときに対向して位置する前記充電スタンドを撮影する撮像部であることを特徴とする請求項３記載の電動車両の充電制御装置。
5. 前記検知手段は、
   駐車したときに対向して位置する前記充電スタンドを検知するミリ波レーダであることを特徴とする請求項３記載の電動車両の充電制御装置。
6. 前記制御手段は、
   前記充電スタンドに設置された撮像手段と通信を行い、前記撮像手段から取得される前記電動車両の撮影画像から画像処理によって前記前向き駐車を検出することを特徴とする請求項２記載の電動車両の充電制御装置。
7. 前記充電スタンドまたは前記電動車両に操作手段を備え、
   前記制御手段は、前記操作手段によるスイッチバック操作を検出したタイミングで前記充電量を抑制する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電動車両の充電制御装置。
8. 前記制御手段は、
   前記スイッチバック走行の発生頻度を学習して前記スイッチバック状態の発生を予測することを特徴とする請求項１記載の電動車両の充電制御装置。
9. 前記制御手段は、
   前記電動車両の車速が所定速度を超えたことを検出した場合に、前記充電量を抑制する制御を解除することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の電動車両の充電制御装置。

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