JP6113399B2 - 電気自動車の残存走行距離の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の残存走行距離の推定方法に係り、より詳しくは、電気自動車における現在の残存燃料量（残存電気量）により走行可能な距離を予測する方法に関する。

電気自動車は、バッテリに電気を充電し、充電された電気を用いてモータを駆動して走行する自動車である。電気自動車は、現在のバッテリの温度とバッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）などに関するバッテリ状態を確認し、このようなバッテリ状態が一定の水準以上を維持するように管理することが大変重要である。
このようにバッテリに対する状態を総括して管理するバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ；ＢＭＳ）は、バッテリ耐久性の低下による寿命短縮を防止し、総合制御を行う車両制御器にバッテリのＳＯＣ情報を知らせることにより、バッテリ状態を考慮した車両走行が行われるように補助する。

したがって、高電圧バッテリを用いる電気車両では、バッテリＳＯＣを把握することが大変重要であり、また、走行中にバッテリの残存容量を把握して運転者に知らせる技術も必要である。
これに関連して、ガソリン、ディーゼルなどの一般の化石燃料を用いる自動車には、液体量水位測定センサにより燃料タンク残余量を測定し、上記燃料タンク残余量を累積燃費に乗算することにより、燃料タンク残余量で走行可能な距離の残存走行距離を予測する方案が使用されている。

一方、電気自動車において、通常、現在走行中のバッテリのＳＯＣを計算する方法として、単位時間当たり使用された放電電流量を測定して現在のバッテリＳＯＣを計算する方式が利用されており、このような方式により既に実現可能な技術として車両に適用されている。
しかしながら、現在のバッテリ残存燃料量から電気自動車の走行可能な残存走行距離を予測することは、推定の困難性、推定誤差による誤った情報を提供する恐れなどの様々な技術的問題により、現在の自動車には実際に適用することができない。

特開平０８−２４０４３５号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電気自動車の残存燃料量に関するバッテリＳＯＣ及び累積燃費を考慮し、現在の走行パターンを考慮して様々な負荷条件でリアルタイムで変動するバッテリＳＯＣに対する走行可能距離の関係を設定することにより、簡単で正確に残存走行距離を推定できる電気自動車の残存走行距離の推定方法を提供する。

本発明は、電気自動車の残存走行距離の推定方法であって、残存走行距離の初期値を入力し、充電直前の累積燃費を確認するステップと、現在の累積燃費を確認するステップと、累積燃費により予め設定された２つ以上の残存走行距離推定関数をロードし、上記充電直前の累積燃費と上記現在の累積燃費を用いて上記残存走行距離推定関数を選択的に適用してバッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定するステップと、を備えることを特徴とする。

前記残存走行距離を推定するステップでは、前記充電直前の累積燃費と前記現在の累積燃費を用いて新しい累積燃費の因子を算出し、前記２つ以上の残存走行距離推定関数のそれぞれに対する累積燃費との補間によりバッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定することを特徴とする。

前記残存走行距離の初期値は、充電完了状態で充電直前の累積燃費により予め設定された値であることを特徴とする。

走行中に運転者のイグニッションオフ命令がある場合、現在のバッテリＳＯＣ、現在の累積燃費、及び現在の残存走行距離を確認し、これを格納媒体に格納するステップをさらに含むことを特徴とする。

運転者のイグニッションオン命令により現在の累積燃費を確認するステップと、バッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定するステップと、を再び行うことを特徴とする。

ここで、前記残存走行距離推定関数は、累積燃費により予め設定されたバッテリＳＯＣに対する２次関数であることを特徴とする。

前記残存走行距離推定関数は、互いに異なるゲイン（ｇａｉｎ）を有する３つの２次関数であることを特徴とする。

本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法は、簡単な制御ロジックによりバッテリＳＯＣと累積燃費を考慮して、現在の走行パターンによる残存走行距離の推定演算を行うことで、現在車両の残存走行距離を正確に予測できる効果がある。
また、埋め込んでエンベデッドで実現可能な簡単な線形関数により残存走行距離を正確に推定できる効果がある。

本発明の好ましい一実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法の流れを示すフローチャートである。 本発明の好ましい一実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法を適用して残存走行距離の予測値（ｅｓｔ）と残存走行距離の実際値（ｔｒｕｅ）とを比較して示すグラフである。 本発明の好ましい一実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法を適用して残存走行距離の予測値（ｅｓｔ）と残存走行距離の実際値（ｔｒｕｅ）とを比較して示すグラフである。 本発明の好ましい一実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法を適用して残存走行距離の予測値（ｅｓｔ）と残存走行距離の実際値（ｔｒｕｅ）とを比較して示すグラフである。

本発明は、電気自動車の現在の残存燃料量で走行可能な距離を予測することにより、運転者に車両充電に関する信頼性の高い情報を提供するためのもので、特に、電気自動車に適用される高電圧バッテリの残存燃料量及び累積燃費に関する演算データを用いて現在の車両で走行可能な残存走行距離を正確に予測できる電気自動車の残存走行距離の推定方法を提供する。
以下、添付した図面を参照して本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法を具体的に説明する。

図１は、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法の各ステップを示すフローチャートである。
電気自動車の残存走行距離の推定方法は、充電中状態に関するステップ（Ｓ１００）と、充電していない状態に関するステップ（Ｓ２００）に分けられるが、特に、本発明は充電していない状態（Ｓ２００）で実際の走行状態における電気自動車の残存走行距離を推定する方法に関するものである。
したがって、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法は、充電後、車両の走行状態で累積燃費及び現在のバッテリＳＯＣを考慮して車両の残存走行距離を算定する技術に関するものである。

図１に示すように、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法は、充電が完了した後、走行状態で残存走行距離を推定する場合、初期値の設定、累積燃費の計算、現在のバッテリＳＯＣ推定、バッテリＳＯＣに対する残存走行距離の関数選択、及び現在の残存走行距離の計算などを行って現在の走行状態における残存走行距離を推定する。
このような残存走行距離推定の過程は、車両始動により残存走行距離に関する初期値が設定された後、車両が走行する間に繰り返し行われ、バッテリの現在残存容量に関するバッテリＳＯＣの推定に連動して行われてもよい。

図１のフローチャートにおいて、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法の事前段階に該当する充電中状態で行われるステップ（Ｓ１００）では、残存走行距離を推定するための初期値及び充電直前の累積燃費を確認する。
具体的に本ステップでは、充電が行われる場合、充電直前の累積燃費を確認し（Ｓ１１０）、これを用いて予め設定された初期値の設定ロジックを適用し（Ｓ１２０）、充電による残存走行距離の変動値を算定し（Ｓ１３０）、充電が完了した状態で残存走行距離の初期値を自動で設定する（Ｓ１４０）。

一方、本発明における累積燃費は、バッテリＳＯＣ変化量と移動距離分に対する比であって、例えば、秒当たり移動距離／秒当たりバッテリＳＯＣの変化量を演算した後、これを毎秒間隔で累積して計算した値を意味する。
したがって、充電直前の累積燃費とは、その前の充電が終了した後、現在の充電が行われるまでのバッテリＳＯＣ変化量の推定値と瞬間移動距離値の累計として定義される。
車両の残存走行距離とは、基本的に現在残存する燃料量（ＳＯＣ）と累積燃費（ｋｍ／ＳＯＣ）の乗算から得られる情報であるため、このような演算過程では、走行中のバッテリＳＯＣと累積燃費との非線形的関係を排除し、充電直前の累積燃費を用いて残存走行距離に関する初期値を計算し、これを格納するように構成してもよい。また、このような方法以外にも、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法の事前段階に該当する本ステップの初期値を設定するための様々な方法を用いてもよい。

以上のように、車両の充電が完了して残存走行距離の初期値が設定されると、充電中状態における事前段階（Ｓ１００）は終了し、本発明により、実際走行時の残存走行距離を推定する、充電していない状態における残存走行距離推定のステップ（Ｓ２００）が行われる。
このような充電していない状態における残存走行距離推定は、図１に示すように、最初には残存走行距離に関する初期値を入力するステップから始まり、運転者が車両の始動をかけて走行が開始されると、上述したように充電完了状態で予め設定された残存走行距離の初期値を入力する（Ｓ２１０）。
そして、本ステップでは、充電直前の累積燃費に関して格納されたデータを確認する（Ｓ２１０）。
このような充電直前の累積燃費は、リアルタイムで検出される現在の累積燃費に関するデータと共に下記で説明する残存走行距離推定関数の選択的な適用に用いられる。

一方、本発明では、前記ステップで残存走行距離に関する初期値の設定及び充電直前の累積燃費が確認されると（Ｓ２１０）、走行中状態の変動による現在の累積燃費を計算するステップが行われる（Ｓ２２０）。
これに関連して、本発明では、充電が完了し、始動をかけた後、リアルタイムで検出される現在のバッテリＳＯＣに対する瞬間変化量推定値と瞬間移動距離の比で演算される値から現在の累積燃費を定義し、このような現在の累積燃費は、バッテリＳＯＣの瞬間変化量と瞬間移動距離の比を持続的に確認し、これを充電時から現在まで累積した値で定義する。
本発明では、リアルタイムでバッテリＳＯＣを推定し、バッテリＳＯＣの瞬間変化量を予め設定された時間単位で持続的にモニターリングする一方、同一時間内の移動距離に関する情報を収集して現在の累積燃費をリアルタイムで算出する。
したがって、初期ステップで確認する充電前の走行状態に関する充電直前の累積燃費とは異なり、現在の累積燃費は充電直後から計算された累積燃費に該当する。

次に、図１には示していないが、現在の累積燃費が計算されると、残存走行距離推定関数に適用されるパラメータである現在のバッテリＳＯＣを推定するステップを行う。
このようなバッテリＳＯＣの推定ステップは、残存走行距離の推定とは異なるステップにより推定されてもよく、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法は、推定されたバッテリＳＯＣの結果値だけをリアルタイムで受信して残存走行距離推定関数に適用するように構成してもよい。したがって、このようなバッテリＳＯＣの推定と現在の累積燃費の確認及び残存走行距離の推定は、予め設定された所定の時間に応じて同期化され、それぞれの算出が行われるように構成することが好ましい。

これに関連して、本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法では、現在のバッテリＳＯＣを推定するための様々な方法が考慮されてもよく、本発明ではこのようなバッテリＳＯＣの推定方法を制限することがなく、推定されたバッテリＳＯＣの結果値だけを残存走行距離の算出に用いる。
一方、本発明では、バッテリＳＯＣ推定ロジックにより現在のバッテリＳＯＣ値の推定が行われ、このような現在のバッテリＳＯＣ値が入力される場合、予め設定された残存走行距離推定関数を選択的に適用して残存走行距離を推定するステップが行われる（Ｓ２３０）。

本発明に適用される残存走行距離推定関数は、バッテリＳＯＣと累積燃費を考慮して実験的な方法により算出されたものであって、バッテリＳＯＣに関する残存走行距離のｎ次関数で表わされ、特に、累積燃費が適用され算定されたバッテリＳＯＣに対するケインを有する。
このような残存走行距離推定関数は、本実施例では、神経網ツールを用いてバッテリＳＯＣ、走行距離、累積燃費を入力して繰り返し実験した結果を線形化した関数として算定したもので、特に、本発明では、異なる走行パターンによる２つ以上の残存走行距離推定関数を算定する。
それぞれの残存走行距離推定関数は、異なる走行パターンを考慮して異なるバッテリＳＯＣのゲイン（ｇａｉｎ）を有し、これは上述したように、走行パターンにより異なる累積燃費を適用してそれぞれ算定される。

一方、本発明では、このような残存走行距離推定関数は、適用ロジックの体積と演算速度などを考慮して、下記（数１）のように２次関数の形態で導出される残存走行距離推定関数を設定し、このような２次関数形態の残存走行距離推定関数は、エンベデッド形態で実現可能であり、かつ非常に正確に実際の残存走行距離を追従できる推定関数の形態である。

したがって、本発明の好ましい実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法は、前記（数１）のような２次関数を複数含むように構成し、より好ましくは、前記残存走行距離推定関数は、異なる３つの累積燃費により算定された３つの残存走行距離推定関数を含むように構成する。

このような３つの残存走行距離推定関数は、適用された累積燃費に応じて残存走行距離の推定値が相対的に異なるように予め決定されたものであって、本発明の好ましい実施例では、このような３つの残存走行距離推定関数を選択的に適用して最も近接した推定値を算出することができる。
例えば、図１のステップ２３０に記載した通り、３つの残存走行距離推定関数は、ＬＤＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｔｏ Ｅｍｐｔｙ）、ＭＤＴＥ（Ｍｉｄｄｌｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｔｏ Ｅｍｐｔｙ）、及びＳＤＴＥ（Ｓｈｏｒｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅ Ｔｏ Ｅｍｐｔｙ）関数に分けられ、このような３つの残存走行距離推定関数から残存走行距離を推定するように構成することができる。
したがって、本発明の実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法では、予め設定された３つの残存走行距離推定関数をロードし、前段階で算定された現在の累積燃費に応じて、これと近接した累積燃費に対する残存走行距離推定関数を選択して適用することになる。

ただし、本発明では現在の累積燃費と現在のバッテリＳＯＣだけを残存走行距離推定に用いる場合、これら２つの因子の非線形性により、瞬間的に激しく変動して残存走行距離の推定に非常に大きい誤差が発生する恐れがあるため、本発明では、前記現在の累積燃費と共に初期ステップで確認した充電直前の累積燃費を適用して新しい累積燃費の因子を算出し、残存走行距離推定関数の選択に適用する。
このように算定された新しい累積燃費は、現在の累積燃費と充電直前の累積燃費をそれぞれ累積した移動距離比により簡単に算出でき、このような新しい累積燃費の決定は、現在の累積燃費に充電直前の累積燃費を反映して新しい累積燃費の因子を算出することを意味する。

一方、本発明の好ましい実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法では、残存走行距離を予測する正確度を改善するために、予め設定された３つの残存走行距離推定関数のうち、現在のバッテリＳＯＣ及び算出された累積燃費の因子を適用して近接した残存走行距離推定関数を１つまたは２つ選択し、該当するバッテリＳＯＣを基準として新しい累積燃費の因子による補間法を適用してバッテリＳＯＣに対する残存走行距離を算定することができる。
上述したような現在の累積燃費を確認するステップ及び残存走行距離推定関数を選択的に適用するステップは、車両が走行する間、予め設定された所定の時間間隔で繰り返し行われ、この結果により算定された残存走行距離の推定値を外部に出力するように構成することができる。

一方、図１に示すように、走行が終了し、運転者のイグニッションオフ命令がある場合（Ｓ２４０）は、上述したような残存走行距離のリアルタイム推定を終了し、現在のバッテリＳＯＣ、現在の累積燃費、及び現在の残存走行距離をＥＥＰＲＯＭのような格納媒体に格納し、本発明による電気自動車の残存走行距離推定を終了する（Ｓ２５０）。
また、走行を再開するために、運転者のイグニッションオン命令がある場合（Ｓ２６０）、格納媒体に格納されたイグニッションオフ時点の残存走行距離を初期値に設定し、上述した現在の累積燃費を確認するステップから残存走行距離の推定を繰り返し実施する（Ｓ２２０〜Ｓ２３０）。

反面、走行を再開する前、再びバッテリ充電を行う場合には、前記の場合とは異なり、事前段階である充電中状態のステップ（Ｓ１００）に戻り、図１に示すような本発明による電気自動車の残存走行距離の推定方法が、再び充電完了時点での残存走行距離を設定することから順次に行われる。
図２〜図４は、本発明の好ましい一実施例による電気自動車の残存走行距離の推定方法を適用して残存走行距離の予測値（ｅｓｔ）と残存走行距離の実際値（ｔｒｕｅ）とを比較して示すグラフである。
図２〜図４の各グラフは、充電前の異なる走行状態を学習した車両に対して、同一の残存走行距離推定試験を行ったもので、各グラフの初期値が互いに異なる理由は、それぞれの試験における充電前の走行状態が互いに異なって充電直前の累積燃費が異なることに起因する。

したがって、互いに異なる走行状態を学習した結果、図２では１５０ｋｍの初期値が設定され、図３では１００ｋｍの初期値が設定され、図４では６０ｋｍの初期値が設定されることをそれぞれ示す。
それぞれのグラフでは、このような充電初期値の差にもかかわらず、３つの残存走行距離推定関数から補間法を適用して残存走行距離の推定値を算出する場合、実際の残存走行距離をほぼカバーする非常に正確な予測結果が得られることが確認できる。

以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

Claims (5)

1. 残存走行距離の初期値、充電直前の累積燃費、現在の累積燃費、現在のバッテリＳＯＣ、残存走行距離推定関数を貯蔵する貯蔵手段と、
   残存走行距離を演算する演算手段と、
   イグニッションオン、オフ命令を指示する指示手段と、
   前記貯蔵手段、演算手段、指示手段を制御する制御手段と、を備えた電気自動車の残存走行距離の推定方法であって、
   前記制御手段を用いて、前記残存走行距離の初期値を前記貯蔵手段から読み出して、前記演算手段に入力するステップと、
   前記制御手段を用いて、前記充電直前の累積燃費を前記貯蔵手段から読出し、これを確認するステップと、
   前記制御手段を用いて、前記現在の累積燃費を前記貯蔵手段から読出し、これを確認するステップと、
   前記制御手段を用いて、繰り返し実験におけるバッテリＳＯＣと走行距離と累積燃費とから予め神経網ツールを用いて得られた２つ以上の残存走行距離推定関数を前記貯蔵手段からロードし、
   前記演算手段を用いて、前記充電直前の累積燃費と前記現在の累積燃費により前記残存走行距離推定関数を選択的に適用して現在の推定バッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定するステップと、を備えることを特徴とする電気自動車の残存走行距離の推定方法。
2. 前記残存走行距離を推定するステップは、その前の充電が終了した後、現在の充電が行われるまでのバッテリＳＯＣ変化量の推定値と瞬間移動距離値の累計として定義する前記充電直前の累積燃費と、充電が完了し、始動をかけた後、リアルタイムで検出される現在のバッテリＳＯＣに対する瞬間変化量推定値と瞬間移動距離の比で演算される値から定義する前記現在の累積燃費を用いて新しい累積燃費の因子を算出し、前記２つ以上の残存走行距離推定関数のそれぞれに対する累積燃費との補間により前記現在の推定バッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の残存走行距離の推定方法。
3. 前記残存走行距離の初期値は、充電完了状態で前記充電直前の累積燃費の値により予め求められ、前記貯蔵手段に貯蔵された値、もしくは前記指示手段を介しイグニッションオフ命令がある場合、前記制御手段が前記貯蔵手段に貯蔵したその時点の残存走行距離の値であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の残存走行距離の推定方法。
4. 前記指示手段を介し、走行中に運転者のイグニッションオフ命令がある場合、前記制御手段により、現在のバッテリＳＯＣ、現在の累積燃費、及び現在の残存走行距離を確認し、これらの値を前記貯蔵手段に貯蔵するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の残存走行距離の推定方法。
5. 前記指示手段を介した、運転者のイグニッションオン命令がある場合、前記制御手段により、前記現在の累積燃費、及び現在の残存走行距離を前記制御手段を用いて前記貯蔵手段から読出し、これを確認するステップと、前記演算手段を用いて前記現在の推定バッテリＳＯＣに対する残存走行距離を推定するステップと、を再び行うことを特徴とする請求項４に記載の電気自動車の残存走行距離の推定方法。

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