JP6743029B2 - 電気車両及びハイブリッド電気車両を制御する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車両又はハイブリッド電気車両の電気システムの類似コンポーネントの動作を制御してシステム内で使用されているコンポーネントの寿命を改善すると共に、劣化状態の情報を用いてリアルタイムでシステム性能を最適化する方法及び装置に関する。

電気車両又はハイブリッド電気車両は、相互作用や相互依存をして一体的に機能する１組のコンポーネントを含む電気システムを備えている。所与のシステム内において、時間の経過と共に各種コンポーネントが相対的に異なる速度で劣化する可能性がある。さらに、コンポーネントの一部は、システム全体の機能において他のコンポーネントに比べて重要な役割を果たす傾向があり、所与のコンポーネントの劣化がシステムの性能に与える影響には、同じシステムにおける他のコンポーネントの劣化が与える影響にはない特異性がある。例えば、高電圧電池パックやスーパーキャパシタなどのエネルギー貯蔵ユニットが徐々に劣化すると、車両性能が全体的に著しく低下し得る一方、パワーエレクトロニクスコンポーネントやスイッチなどの電気コンポーネントが劣化すると、一部の動作モードでの車両の始動性や機能性が著しく損われ得る。

電気車両又はハイブリッド電気車両には、所定値又は較正された閾値（calibrated thresholds）と比較される、特定のコンポーネントの状態及び／又は性能を表す変数を測定する車載診断システムを設けることができる。例えば、電池の出力電圧を測定し、この値を較正された高電圧閾値や低電圧閾値と比較することは一般に行われている。この電池の電圧測定値を、電池の現在の劣化状態を計算するために用いることもできる。そのような閾値に鑑みて所与のコンポーネントがもはや正常に機能していない場合に、オペレータはそのコンポーネントに修理の必要性があることを認識することができる。通常、システム機能は、劣化が深刻なコンポーネントを修理すれば、最終的には改善される。しかし、即時修理を施すことが必ずしも利便性が高くかつ望ましい選択肢とは限らない。

バスやトラックなどのより大きな電気車両又はハイブリッド電気車両は、同一又は実質的に同一のコンポーネントを複数備えていることがある。例えば、連結式車両では、各被駆動軸（driven axle）に対してトラクション電池（traction battery）を設けることができる。従来のハイブリッド電気自動車では、個別に制御可能な被駆動軸それぞれが、車両にとって所望のトラクション特性（traction properties）を発揮するように制御される。通常動作の間、車載診断システムは、複数の個々のコンポーネントの状態及び／又は性能を監視して、いずれかのコンポーネントが異常である場合にはオペレータに警告を発することができる。

本発明は、同じ種類の複数の個々のコンポーネントの状態及び／又は性能を監視するための改良された方法を提供することを目的とする。

上記の問題は、添付の特許請求の範囲に記載の方法によって解決される。

以下の記載において、「寿命」という用語は、車両への設置時からコンポーネントの交換を必要とする動作状態が検出されるまでのコンポーネントの耐用年数を示すのに用いられている。「残存動作時間（remaining operating time）」という用語は、主に、車両への設置時からコンポーネントの修理を必要とする動作状態が検出されるまでのコンポーネントの耐用年数を示すのに使用される。ただし、「残存動作時間」が、コンポーネントの寿命である場合もある。これらの用語はいずれも、コンポーネントの劣化又は故障のために車両が動作不能になる将来の時点に関するパラメータを示すものである。

好適な実施形態によると、本発明は、複数のトラクション電圧システム（traction voltage system）を備える車両の電気コンポーネントを制御する方法に関する。複数のトラクション電圧システムのそれぞれは、少なくとも１つの電気コンポーネントを含む。電気コンポーネントは、各トラクション電圧システムにおいて同一の機能を有する。この車両は、電気車両又はハイブリッド電気車両であってよい。

本方法は、
電気コンポーネントそれぞれの劣化状態を経時的に監視及び記録するステップと、
電気コンポーネントの使用の妨げとなる将来の動作状態に関する所定のパラメータを電気コンポーネントそれぞれに対して予測するステップと、
パラメータのそれぞれが共通値に向かって調整されるように、電気コンポーネントの劣化状態に基づいて電気コンポーネントそれぞれの制御戦略を決定するステップと、
決定した制御戦略に基づいて電気コンポーネントを制御するステップと、
を実行することを含む。

上記の方法のステップは、車両の動作中、ループで連続的に、又は一定間隔若しくは可変間隔で間欠的に実行される。また、監視対象のコンポーネントからセンサデータを収集し、必要な計算を実行し、監視されたコンポーネントの制御戦略を実行するための中央コントローラ（central controller）が設けられている。

本方法は、同じ種類の２つ以上の同一又は実質的に同一のコンポーネントを監視して、共通のパラメータを達成するために必要な共通の上下限値内に各コンポーネントの劣化状態（ＳＯＨ）を維持することを可能にする。上限値は、相対的に高いＳＯＨ値を有する１つ以上のコンポーネントによって決定される。一方、下限値は、最も高いＳＯＨを有するコンポーネントのＳＯＨに対する比率若しくはその百分率、又は最高レベルのＳＯＨを有する２つ以上のコンポーネントの平均ＳＯＨに対する比率若しくはその百分率として設定することができ、よって、あるコンポーネントのＳＯＨが所定の下限値を下回る場合には、より高いＳＯＨ値を有する１つ以上のコンポーネントを、そのようなすべての電気コンポーネントのＳＯＨが上下限値内に維持されるように動作させる。最も低いＳＯＨを有するコンポーネントの予測パラメータを、最も高いＳＯＨを有するコンポーネントの予測パラメータまで引き上げることができれば理想的である。本実施例では、予測パラメータのうちのより高いものが所望の共通値とみなされる。これが達成できない場合には、電気コンポーネントのＳＯＨを上下限値内に維持して、パラメータのそれぞれを最も高い予測パラメータと最も低い予測パラメータとの間にある共通値に向かうように調整する。これにより、同じ種類のすべての同一又は実質的に同一のコンポーネントが、同じ速度又は実質的に同じ速度で摩耗又は劣化することが保証される。

一実施例によると、本方法は、前記少なくとも２つの電気コンポーネントそれぞれの劣化状態の現在時点の微分値（current derivative）を用いて前記電気コンポーネントそれぞれの制御戦略を決定することを含む。

これに代えて又は加えて、本方法は、前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態の現在時点の微分値に基づいて前記電気コンポーネントそれぞれの寿命又は残存動作時間に関する予測パラメータを計算することを含む。続いて、決定した前記制御戦略に基づいて前記２つ以上の電気コンポーネントを制御して、これら電気コンポーネントの前記予測残存動作時間を均一化する。本方法によれば、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も短い電気コンポーネントにかかる負荷を低減する制御戦略が選択される。その結果、選択された制御戦略によって、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も長い電気コンポーネントにかかる負荷が増大する。

ここで、前記予測残存動作時間は、前記電気コンポーネントのうちいずれかが修理又は交換を必要とする機能的状態となるまでの残存時間であってよい。あるいは、前記予測残存動作時間は、前記電気コンポーネントの残存寿命であってもよい。いずれの場合も、前記電気コンポーネントの使用の妨げとなる動作状態が検出される。

本発明に係る方法を利用して、２つ以上の同一又は実質的に同一のトラクション電池パック（traction battery packs）又はスーパーキャパシタ（super-capacitors）を監視して制御することができる。あるいは、前記電気コンポーネントは、それぞれが個別の被駆動軸に接続された２つ以上のトラクションモータ（traction motors）であってよく、又はそれぞれが被駆動軸の車輪に接続された一対以上のトラクション車輪モータ（traction wheel motors）であってもよい。例えば、コンポーネントが電動トラクションモータ（electric traction motors）を含む場合には、中央コントローラは、各モータの平均消費電力量、ピーク電流、抵抗測定値、ロータ速度、温度、磁場強度又はモータ故障データのうち１つ以上を監視することができる。また、コンポーネントが高電圧電池パックを含む場合には、中央コントローラは、電池パックに含まれる１組の電池セルのいずれか又はすべての内部抵抗、キャパシタンス又は充電状態、あるいは充電速度、温度又はピーク電力のうち１つ以上を監視することができる。

さらなる代替案によれば、電気コンポーネントは、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、ＡＣ／ＤＣコンバータ、プリチャージ回路コンポーネント、電池充電器などの、トラクション電圧（traction voltage）を制御するための２つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントであってもよい。

中央コントローラは、コンポーネントそれぞれに対して一連の経年劣化モデル（aging model）を含むことができる。本明細書において、「経年劣化モデル」という用語は、所与のコンポーネントの経時的な劣化又は損耗を推定又は予測する任意のデバイス又はソフトウェアによるアプローチを指し、例えば、中央コントローラにおけるメモリに記録された、曲線、数式、ルックアップテーブルが挙げられる。この一連の経年劣化モデルには、メンテナンス履歴がモデル化されているか、又は、実質的に同一のコンポーネントの過去の性能実績を記述する統計データが含まれ得る。中央コントローラは、このようなモデル及び／又は検出データを使用して各コンポーネントのＳＯＨを計算及び監視して、個々のコンポーネントの劣化速度や残存耐用年数を推定することができる。

本発明は、また、コンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータで実行される場合に、車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための上記の方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムに関する。本発明は、また、プログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体であって、プログラムがコンピュータで実行される場合に、車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための上記の方法のステップを実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体に関する。さらに、本発明は、車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための制御ユニットであって、上記の方法のステップを実行するように構成されている制御ユニットに関する。

本発明は、また、上記の実施例のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータにおいていずれもが使用されるコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータ用の記憶媒体に関する。

本発明は、また、複数のトラクション電圧システムを備える車両であって、ここにおいて、制御ユニットが上記の実施例の１つに記載の方法のステップを実行するように構成されている車両に関する。

以下、添付の図面を参照して本発明を詳細に説明する。これらの概略図は、単に例示のためにのみ用いられ、本発明の範囲を限定するものでは決してない。

本発明に係る推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。 推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。 推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。 推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。 第１実施形態に係る車両を示す概略図である。 同じ種類の２つの同一又は実質的に同一のコンポーネントのＳＯＨの経時変化を示す図である。 本発明に従って制御されたコンポーネントのＳＯＨの経時変化を示す図である。 本発明をコンピュータ装置に適用した状態を示す図である。

図１Ａ〜図１Ｄは、推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両を示す概略図である。図１Ａは、本発明に係る推進システムと組み合わせて使用するのに適した車両１０１であって、２つの被駆動軸１０２、１０４を有する車両１０１を示す概略図である。各被駆動軸は、１以上の電動モータを含む、第１電気駆動ユニット１０３及び第２電気駆動ユニット１０５によって駆動され得る。従って、１つのモータが１つの車軸（axle）を駆動するように構成されてもよく、１つのモータが車軸の各車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第１電気駆動ユニット１０３及び第２電気駆動ユニット１０５は、それぞれ、車両１０１の前部と後部に配置されている。あるいはまた、少なくとも１つの車軸が、電動モータ及び内燃機関を備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。

図１Ｂは、３つの被駆動軸１１２、１１４、１１６を有する車両１１１を示す概略図である。各被駆動軸は、１以上の電動モータを含む電気駆動ユニット１１３、１１５、１１７によって駆動され得る。上述のとおり、１つのモータが１つの車軸を駆動するように構成されてもよく、１つのモータが車軸の各車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第１電気駆動ユニット１１３が連結式車両の前部に配置され、第２電気駆動ユニット１１５及び第３電気駆動ユニット１１７が連結式車両１０１の後部に配置される。あるいはまた、少なくとも１つの車軸が、電動モータと内燃機関とを備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。この構成は、連結式ダンプ車などの建設機械に適している。

図１Ｃは、２つの被駆動軸１２２、１２４を有する車両１２１を示す概略図である。各被駆動軸は、１以上の電動モータを含む電気駆動ユニット１２３、１２５によって駆動され得る。あるいはまた、少なくとも１つの車軸が、電動モータと内燃機関とを備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。１つのモータが１つの車軸を駆動するように構成されてもよく、１つのモータが車軸の各車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第１電気駆動ユニット１２３が連結式トラックの前部に配置される。前部は、また、操舵可能軸１２６を含む。第２電気駆動ユニット１２５は車両１２１の後部に配置される。後部は、また、従動軸１２８を含む。この構成は、トラクタとトレーラーの連結を含むトラックに適している。

図１Ｄは、２つの被駆動軸１３２、１３４を有する車両１３１を示す概略図である。各被駆動軸は、１以上の電動モータを含む電気駆動ユニット１３３、１３５によって駆動され得る。あるいはまた、少なくとも１つの車軸が、電動モータと内燃機関とを備えるハイブリッド駆動ユニットによって駆動されてもよい。１つのモータが１つの車軸を駆動するように構成されてもよく、１つのモータが車軸の各車輪を駆動するように構成されてもよい。本実施例においては、第１電気駆動ユニット１３３が連結式バスの前部に配置される。前部は、また、操舵可能軸１３６を含む。第２電気駆動ユニット１３５は車両１３１の後部に配置される。後部は、非被駆動軸１３８を含む中間部に接続されている。この構成は、複数の連節部を含むバスであって、これら連節部のうち少なくとも２つが被駆動軸を含むバスに適している。

図１Ａ〜図１Ｄに示す実施例において、車両は２以上の被駆動軸を含み、各被駆動軸は少なくとも１つの電気駆動ユニットを有し、これら電気駆動ユニットが、ジャンクションボックス及び少なくとも１つのエネルギー貯蔵システムに接続されて１つの電気システムを形成している。この種の電気システムについては、図２と関連付けて、以下でさらに詳細に説明する。車両の１以上のエネルギー貯蔵システムのいずれもが外部電源からの充電を受けない通常動作時には、これら個別の電気システムが互いにガルバニック絶縁（galvanically isolated）されるのが好ましいが、必須ではない。

上記の例は、本発明の方法と組み合わせて使用するのに適した車両の選択例に過ぎない。車両としては、すべての電気駆動ユニット、すべてのハイブリッド電気駆動ユニット、又は電気駆動ユニットとハイブリッド電気駆動ユニットとの組み合わせを含むものを挙げることができる。他にも、前車体部及び／又は後車体部と１以上の中間車体部とにおける代替的な位置に被駆動軸を含む車両が、本発明の範囲内で考えられ得る。

図２は、例示的な実施形態に係る車両を示す概略図である。本実施例では特に、図１Ｄに示したものに類する連結式車両が選択されている。車両は、前車体部２０１と後車体部２０２とを含み、前車体部２０１と後車体部２０２とは、互いに接続され、連結されている。前車体部２０１は、車両の前端に配置されており、操舵可能な前車軸２１０と被駆動の後車軸２１１とを有する。後車体部２０２は１つの被駆動軸２２１を有する。

前車体部２０１は、トラクション電圧システム（traction voltage system）の形態である第１の駆動ユニットを有する。トラクション電圧システムは、被駆動軸２１１を駆動するための変速機２１４に接続された電動モータ／発電機２１２を含む。電動モータ／発電機２１２は、推進トルクを被駆動軸２１１に供給することができるとともに、エネルギー回生時には、被駆動軸２１１によって駆動されて発電する。電動モータ／発電機２１２は、電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３に接続されている。電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３は、電力変換器（ＰＥＣ）とも呼ばれ、モータ／発電機２１２に３相ＡＣ電流を供給する。電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３は他方で、高電圧ジャンクションボックス２１６を介して、第１エネルギー貯蔵システム、ここでは、高電圧電池パック２１５に接続されている。このトラクション電圧システムは、複数の高電圧ＤＣバスを含み、これらが１つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ（図示省略）によって複数の電気コンポーネントを高電圧ジャンクションボックス２１６に接続するものである。図２に示す実施例において、高電圧ジャンクションボックス２１６は、高電圧バスを合流させたり、複数の異なる電気コンポーネントに向けて分岐させたりする用途でも用いられている。

第１ＤＣバスは、高電圧ジャンクションボックス２１６を電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３に接続するものであり、最終的には、第２バスを介して、高電圧ジャンクションボックス２１６を電動モータ／発電機２１２に接続するものである。第１ＤＣバスは、また、高電圧トラクションバス（high voltage traction bus）と呼ばれるものである一方、第２バスは３相ＡＣバスである。電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３は、モータ制御ユニット（ＭＣＵ）などの、電動モータ／発電機２１２を制御するパワーエレクトロニクス機器を含む。同様に、変速機２１４は、変速機電子制御ユニット（図示省略）によって制御される。本実施例において、電動モータ／発電機２１２は、電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３からの供給を受けるＡＣモータである。しかしながら、本発明の範囲内において、ＤＣモータを用いることもできる。

第３ＤＣバスは、ジャンクションボックス２１６を高電圧電池パック２１５に接続するものである。高電圧電池パック２１５には、電池管理ユニット（ＢＭＵ）が設けられている。電池管理ユニット（ＢＭＵ）は、電源コネクタと、高電圧電池パック２１５及び電池パックを構成する複数のセルを制御する電子機器（図示省略）とを含む。一般に、電源コネクタは、負荷の起動を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を含む。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってよく、プリチャージ抵抗と直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてよい。プリチャージ抵抗は、例えば、１０Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタ又はリレーの接点を介して互いに接続されている。このリレーは、負荷への電力のオンとオフを切り替えるメインリレー又はメインコンタクタである。負荷としては、例えば、電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２１３又はパワーテイクオフ（ＰＴＯ）負荷が挙げられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック２１５から供給される電力である。リレーのオン／オフ状態はＢＭＵによって制御される。

ジャンクションボックス２１６をＤＣ／ＤＣコンバータ２１７及び低電圧ＤＣバス（図示省略）に接続するために、追加のＤＣバスを設けることもできる。ここでは、このようなＤＣ／ＤＣコンバータの動作や低電圧ＤＣバスへの電力供給についてのさらに詳しい説明は省略する。また、ジャンクションボックスはさらに、１以上の電力テイクオフ負荷（ｅＰＴＯ）又は、補助的な高電圧電気負荷（図示省略）にも接続することができる。また、さらなるＤＣバスによって、ジャンクションボックス２１６が、充電器（図示省略）を介して送電網に接続される充電インターフェースアダプタ２１８（図では概略的にソケットで表示）に接続される。

ジャンクションボックス２１６及び各制御ユニットは、また、例えばＣＡＮバスを介して、中央電子制御ユニット（図示省略）と通信を行うために、ワイヤハーネスに接続されてもよい。ワイヤハーネスは、中央電子制御ユニットに接続可能であり、制御ユニットとの間で制御信号及び／又は検知信号を送受信するために用いられるものである。中央電子制御ユニットは、別体のユニットであってもよく、又は、ジャンクションボックス２１６に隣接して若しくはジャンクションボックス２１６の内部に設置されてもよい。

前車体部２０１と同様に、後車体部２０２は、トラクション電圧システムの形態である第１の駆動ユニットを有する。トラクション電圧システムは、被駆動軸２２１を駆動するための変速機２２４に接続された電動モータ／発電機２２２を含む。電動モータ／発電機２２２は、推進トルクを被駆動軸２２１に供給することができると共に、エネルギー回生時には、被駆動軸２２１によって駆動されて発電する。ハイブリッド電気車両においては、後車体部２０２に内燃機関を設けることができる。内燃機関は、被駆動軸２２１を駆動するための変速機２２４に対して、電動モータ／発電機２２２とは別に又は一緒に接続される。

電動モータ／発電機２２２は、電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２２３に接続されている。電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２２３は他方で、高電圧ジャンクションボックス２２６を介して、高電圧電池パック２２５の形態である第１エネルギー貯蔵システムに接続されている。このトラクション電圧システムは、複数の高電圧ＤＣバスを含み、これらが１つの高電圧バスとして動作する。これら複数の高電圧バスは、コネクタ（図示省略）によって高電圧ジャンクションボックス２２６に接続されている。図２に示す実施例において、高電圧ジャンクションボックス２２６は、高電圧バスを合流させたり、複数の異なる電気コンポーネントに向けて分岐させたりする用途でも用いられている。

第１ＤＣバスは、高電圧ジャンクションボックス２２６を電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２２３に接続するものであり、最終的には、第２バスを介して、高電圧ジャンクションボックス２２６を電動モータ／発電機２２２に接続するものである。第１ＤＣバスは２相高電圧トラクションバスである一方、第２バスは３相ＡＣバスである。電動モータ駆動装置２２３は、モータ制御ユニット（ＭＣＵ）などの、電動モータ／発電機２２２を制御するパワーエレクトロニクス機器を含む。前車体部２０１と同様に、変速機２２４は、変速機電子制御ユニット（図示省略）によって制御される。本実施例において、電動モータ／発電機２２２は、上述のように、電動モータ駆動装置（ＥＭＤ）２２３からの供給を受ける３相ＡＣモータである。しかしながら、本発明の範囲内において、ＤＣモータ及び第２のＤＣバスを用いることもできる。

第３ＤＣバスは、ジャンクションボックス２２６を高電圧電池パック２２５に接続するものである。高電圧電池パック２２５には、電池管理ユニット（ＢＭＵ）が設けられている。電池管理ユニット（ＢＭＵ）は、電源コネクタと、電池パック２２５と電池パックを構成する複数のセルとを制御する電子機器（図示省略）とを含む。一般に、電源コネクタは、負荷への電力を制御するプリチャージモジュールを有するプリチャージ回路を含む。プリチャージモジュールは、ソリッドステート型であってもよく、プリチャージ抵抗と直列に配列されたソリッドステートモジュールとして構成されてもよい。プリチャージ抵抗は、例えば、１０Ωの抵抗であり、プリチャージモジュールとプリチャージ抵抗は、コンタクタ又はリレーの接点を介して互いに接続されている。このリレーは、負荷への電力のオンとオフを切り替えるメインリレー又はメインコンタクタである。負荷としては、電動モータ駆動装置２２３内に配置されたインバータが挙げられる。このリレーによってオンとオフを切り替えられる電力は、高電圧電池パック２２５から供給される電力である。リレーのオン／オフ状態はＢＭＵによって制御される。

ジャンクションボックス２２６をＤＣ／ＤＣコンバータ２２７や低電圧ＤＣバス（図示省略）に接続するために、追加のＤＣバスを設けることができる。ここでは、このようなＤＣ／ＤＣコンバータの動作や低電圧ＤＣバスへの電力供給について、さらに詳しい説明は省略する。また、ジャンクションボックスはさらに、１以上の電力テイクオフ負荷（ｅＰＴＯ）又は補助的な高電圧電気負荷（図示省略）にも接続することができる。また、さらなるＤＣバスによって、ジャンクションボックス２２６が、充電器（図示省略）を介して送電網に接続される充電インターフェースアダプタ２２８（図では概略的にソケットで表示）に接続されている。

ジャンクションボックス２２６及び各制御ユニットは、また、例えばＣＡＮバスを介して、中央電子制御ユニット（図示省略）と通信を行うために、ワイヤハーネスに接続され得る。ワイヤハーネスは、中央電子制御ユニットに接続可能であり、制御ユニットとの間で制御信号及び／又は検知信号を送受信するために用いられる。中央電子制御ユニットは、別体のユニットであってもよく、複数のユニットで構成されてもよく、又は、ジャンクションボックス２２６に隣接して若しくはジャンクションボックス２２６の内部に設置されてもよい。

あるいはまた、充電インターフェースアダプタ２１８、２２８の代わりに、共通ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示省略）と、車両の前部及び後部それぞれのトラクション電圧システムへの出力電圧を制御する制御ユニットを設けることもできる。このようなＤＣ／ＤＣコンバータは、車両の前部及び後部それぞれのジャンクションボックスに直接接続することができ、この場合、充電切換ユニットの必要はない。このＤＣ／ＤＣコンバータは、通常（非充電）動作条件時においては、後車体部２０２及び中間車体部２０２から前車体部２０１をガルバニック絶縁状態に保つものである。

中央コントローラ２３０は、本システムの各種コンポーネントと通信を行う。この通信は、直接行われてよく、あるいは各コンポーネントの対応する電子制御ユニット（図示省略）と通信バスを介して通信することにより行われてもよい。このコントローラは、システムを構成する各種コンポーネントの劣化状態（ＳＯＨ）を、コンポーネントに関連するセンサ（図示省略）からの入力信号に基づいて、又はコンポーネント固有の所定の動作パラメータから推定する。

本方法は、センサアレイを使用して、各コンポーネントの一連の現在の性能値を計測し記録することを含む。次に、中央コントローラ２３０は、記録した現在の性能値をＳＯＨモデルで処理することにより、各コンポーネントのＳＯＨを計算する。さらに、この方法は、一連の有力なシステム制御戦略をコンポーネント寿命モデル及び／又はシステム寿命モデルで処理して、各システム制御戦略の実施効果を推定することと、性能閾値及び残存耐用年数閾値を満たしてコンポーネント寿命を最適化するシステム制御戦略を選択することと、を含む。

図３Ａは、２つの高電圧電池パックなどの同じ種類の２つの同一又は実質的に同一のコンポーネントのＳＯＨの経時変化を示す図である。各コンポーネントの品質及び／又は利用態様のわずかな違いの結果、時間の経過と共に、第１コンポーネントＣ₁の寿命がｔ₁となり、第２コンポーネントＣ₂の寿命がより短いｔ₂となる場合がある。

高電圧電池パックは比較的高価であるため、このようなコンポーネントの寿命を最大限延ばすことが望ましい。また、電池パック交換時の手間や費用を考えれば、２つの電池パックを同時に交換することも望ましい。複数の電池パックの交換を「別々のタイミング（out of step）」で行うと、新しい電池パックは、負荷が増大し、古い電池パックよりも頻繁に使用される一方、古い電池パックは、寿命が短くなり、システムの要求があった場合に全出力での供給ができなくなる可能性がある。

したがって、電池パックが同じ寿命又は同じような寿命を有するように電池パックを動作させることが好ましい。また、これを達成するにあたっては、第２の電池パックの寿命ｔ₂を延ばすように、下側のＳＯＨ曲線を矢印Ａの方向にシフトさせるのが理想的である。

図３Ｂは、本発明に従って制御されるコンポーネントのＳＯＨの経時変化を示す図である。本発明によれば、制御ユニットが、同じ種類の２つの同一又は実質的に同一のコンポーネントを監視して、共通のパラメータを達成するために必要な共通の上下限値内に収まるように各コンポーネントのＳＯＨを制御して維持できるようにする。図示の例では、共通パラメータは、高電圧電池パックなどの第１及び第２コンポーネントＣ₁、Ｃ₂の寿命である。

図３Ｂにおいて、上限値は、第１コンポーネントＣ₁のＳＯＨ曲線によって決定される。本発明によれば、制御ユニットが、電圧センサなどの適切なセンサを使用して、各電気コンポーネントの劣化状態を経時的に監視及び記録するように構成されている。検出値に基づいて、所定のパラメータが電気コンポーネントＣ₁、Ｃ₂それぞれに対して予測される。本実施例において予測されるパラメータは、コンポーネントの寿命ｔ₁、ｔ₂である。

期間ｔの経過後、制御ユニットは、第１及び第２のコンポーネントのＳＯＨ曲線間の偏差を検出する。ここで、偏差は、第２のコンポーネントＣ₂のＳＯＨが点Ｐ₂で所定の下限値を下回ったときに検出される。この下限値は、点Ｐ₁で示される最高ＳＯＨを有する第１のコンポーネントＣ₁のＳＯＨに対する比率又はその百分率として設定することができる。

これに代えて又は加えて、偏差は、各電気コンポーネントの寿命ｔ₁、ｔ₂に関する予測パラメータを比較することによって検出されてもよい。このパラメータは、各電気コンポーネントＣ₁、Ｃ₂の劣化状態の現在時点の微分値に基づいて計算される。

したがって、点Ｐ₁及び点Ｐ₂間のＳＯＨの差が所定の値、例えば、所定の乖離率又はその百分率を上回る場合、及び／又は、第１及び第２のコンポーネントの寿命差Δｔ＝（ｔ₁−ｔ₂）が所定の値を上回る場合に、各コンポーネントを、これらのパラメータのそれぞれが共通値に向かって調整されるように動作させる。

これは、より高いＳＯＨ値とより長い予測寿命とを有するコンポーネントＣ_１を主に動作させて、より低いＳＯＨ値とより短い予測寿命とを有する第２のコンポーネントへの負荷を低減する制御戦略を選択することを伴うものである。このようにして、第２のコンポーネントの予測寿命を延ばして両コンポーネントの寿命差Δｔ＝（ｔ₁−ｔ₂）を最小化するべく、第２のコンポーネントのＳＯＨを上下限値内に維持することができる。各電気コンポーネントの劣化状態は継続的に監視及び記録されることにより、予測パラメータの更新値を計算することができる。選択された制御戦略の実行は、各コンポーネント間のＳＯＨ差及び／又は寿命差が所望の値内に収まるまで継続される。

本実施例では、予測パラメータのうちのより高い方が所望の共通値とみなされる。この値が達成できない場合には、図３Ｂに示すように、電気コンポーネントのＳＯＨを上下限値内に維持して、パラメータのそれぞれを最も高い予測値ｔ₁と最も低い予測値ｔ₂との間の共通値ｔ₃に向かうように調整する。第１のコンポーネントを主に使用すればその分予測寿命が短くなる可能性が高いので、パラメータのそれぞれを共通値ｔ₃に向かうように調整するシナリオの方が起こる可能性は高い。この動作方法によって、同じ種類の同一又は実質的に同一のコンポーネントＣ₁、Ｃ₂が同じ速度又は実質的に同じ速度で摩耗又は劣化することが保証される。

上述の実施例において、所定の限界値（ＳＯＨ差、予測寿命差）を上回った場合に、選択された制御戦略が実行される。これに代えて、連続的な監視及び制御を採用することもできる。この場合、ＳＯＨ差、ＳＯＨの微分値又は予測寿命のいずれかに関して、ＳＯＨ曲線間に何らかの偏差が生じる度に、選択された制御戦略が実行される。

上述の実施例では、予測パラメータを電気コンポーネントの残存寿命としていた。しかしながら、予測パラメータを、いずれかのコンポーネントの修理又は交換を必要とする機能的状態が発生するまでの予測残存動作時間とすることもできる。いずれの場合も、コンポーネントの使用の妨げとなる動作状態が検出される。

様々な種類の同一コンポーネントが監視される場合に、コンポーネントの動作間に競合が生じる状況が発生する可能性がある。例えば、第２の電池パックの残存動作時間を延ばすために、制御ユニットが、第２電池パックよりも第１の電池パックを優先して使用すべきとの指示を出す場合がある。これと同時に、第１の電池パックに関連付けられた電動トラクションモータの残存動作時間を延ばすために、制御ユニットが、第１の電池パックに関連付けられた電動トラクションモータよりも第２の電池パックに関連付けられた電動トラクションモータを優先すべきとの指示を出す場合がある。このような競合は、交換や修理に要するコスト及び／又は労力がより大きいコンポーネントの制御に高い優先順位を与える一連の規則を用いることによって解決することができる。このように、各種コンポーネントの残存動作時間が他の種類のコンポーネントとの関連において最適化されるように、監視対象の種類のコンポーネントを制御することができる。

本発明はまた、いずれも上記の実施例のいずれかに記載の方法を実行するためのコンピュータで使用するコンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品及びコンピュータ用の記憶媒体に関する。

図４は、本発明をコンピュータ装置に適用した状態を示している。図４は、本発明の一実施形態に係る装置４０を示す。装置４０は、不揮発性メモリ４２と、プロセッサ４１と、読み込み及び書き込みメモリ４６とを含む。メモリ４２は、装置４０を制御するためのコンピュータプログラムを格納する第１メモリ部４３を有する。メモリ部４３内に格納された、装置４０を制御するためのコンピュータプログラムは、オペレーティングシステムであってよい。

装置４０は、例えば、制御ユニットに内蔵させることができる。データ処理部４１は、例えば、マイクロコンピュータを含むことができる。

メモリ４２は、また、本発明に係る複数のトラクション電圧システムを備える車両の電気コンポーネントを制御するためのプログラムを格納する第２メモリ部４４を有する。代替的な実施形態では、電気コンポーネントを制御するためのプログラムは、例えば、ＣＤや交換可能な半導体メモリなどの別個のデータ用不揮発性記憶媒体４５に格納される。プログラムは、実行形式又は圧縮状態で格納され得る。

以下、データ処理部４１が特定の機能を実行することについて述べる場合、データ処理部４１が、メモリ４４に格納されたプログラムの特定の部分、又は、不揮発性記憶媒体４５に格納されたプログラムの特定の部分を実行していることは明らかである。

データ処理部４１は、データバス５１を介した記憶メモリ４５との通信用に調整されている。データ処理部４１は、また、データバス５２を介したメモリ４２との通信用にも調整されている。さらに、データ処理部４１は、データバス５３を介したメモリ４６との通信用にも調整されている。データ処理部４１は、また、データバス５４を介したデータポート４９との通信用に調整されている。

本発明による方法は、メモリ４４に格納されたプログラム又は不揮発性記憶媒体４５に格納されたプログラムを実行するデータ処理部４１によって実行することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるとみなされるべきではなく、むしろ、以下の特許請求の範囲内で多くの更なる変形及び変更が考えられる。

Claims (13)

1. 複数のトラクション電圧システムのそれぞれが少なくとも１つの電気コンポーネントを含み、前記電気コンポーネントが各トラクション電圧システムにおいて同一の機能を有しており、
   前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態を経時的に監視及び記録するステップと、
   前記電気コンポーネントの使用の妨げとなる将来の動作状態に関する所定のパラメータを前記電気コンポーネントそれぞれに対して予測するステップと、
   を含む、前記複数のトラクション電圧システムを備える１台の車両（１０１）の前記電気コンポーネントを制御する方法であって、
   前記パラメータのそれぞれが共通値に向かって調整されるように、前記電気コンポーネントの劣化状態に基づいて前記電気コンポーネントそれぞれの制御戦略を決定するステップと、
   決定した前記制御戦略に基づいて前記電気コンポーネントを制御するステップと、
   を含み、
   前記パラメータを前記電気コンポーネントそれぞれに対して予測するステップは、前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態の現在時点の微分値に基づいて前記電気コンポーネントそれぞれの予測残存動作時間を計算することを特徴とし、
   前記制御戦略を決定するステップは、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も短い電気コンポーネントにかかる負荷を低減する制御戦略を選択し、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も長い電気コンポーネントにかかる負荷を増大する制御戦略を選択することを特徴とする、方法。
2. 前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態の現在時点の微分値を用いて前記電気コンポーネントそれぞれの制御戦略を決定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 決定した前記制御戦略に基づいて前記２つ以上の電気コンポーネントを制御して、これら電気コンポーネントの前記予測残存動作時間を均一化することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記予測残存動作時間は、前記電気コンポーネントのうちいずれかが修理又は交換を必要とする機能的状態となるまでの残存時間であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記予測残存動作時間は、前記電気コンポーネントの残存寿命であることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記電気コンポーネントのそれぞれは、トラクション電池パック又はスーパーキャパシタであることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記電気コンポーネントのそれぞれは、被駆動軸に接続されたトラクションモータであることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記電気コンポーネントのそれぞれは、それぞれが被駆動軸の車輪に接続された一対のトラクション車輪モータを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の方法。
9. 前記電気コンポーネントのそれぞれは、トラクション電圧を制御するためのパワーエレクトロニクスコンポーネントであることを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の方法。
10. コンピュータプログラムであって、プログラムがコンピュータで実行される場合に、車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための請求項１〜請求項９のいずれかのステップを実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
11. プログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体であって、プログラムがコンピュータで実行される場合に、車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための請求項１〜請求項９のいずれかのステップを実行するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを担持するコンピュータ可読媒体。
12. 車両のトラクション電圧システムの電気コンポーネントを制御するための制御ユニットであって、請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の方法のステップを実行するように構成されている、制御ユニット。
13. 複数のトラクション電圧システムのそれぞれが少なくとも１つの電気コンポーネントを含み、前記電気コンポーネントが各トラクション電圧システムにおいて同一の機能を有しており、
    制御ユニットが、
    前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態を経時的に監視及び記録するステップと、
    前記電気コンポーネントの使用の妨げとなる将来の動作状態に関する所定のパラメータを前記電気コンポーネントそれぞれに対して予測するステップと、
    を実行するように構成された、前記複数のトラクション電圧システムを備える１台の車両（１０１）であって、
    前記制御ユニットは、
    前記パラメータのそれぞれが共通値に向かって調整されるように、前記電気コンポーネントの劣化状態に基づいて前記電気コンポーネントそれぞれの制御戦略を決定するステップと、
    決定した前記制御戦略に基づいて前記電気コンポーネントを制御するステップと、
    を更に実行するよう構成されており、
    前記パラメータを前記電気コンポーネントそれぞれに対して予測するステップは、前記電気コンポーネントそれぞれの劣化状態の現在時点の微分値に基づいて前記電気コンポーネントそれぞれの予測残存動作時間を計算することを特徴とし、
    前記制御戦略を決定するステップは、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も短い電気コンポーネントにかかる負荷を低減する制御戦略を選択し、前記電気コンポーネントのうち少なくとも予測残存動作時間が最も長い電気コンポーネントにかかる負荷を増大する制御戦略を選択することを特徴とする、車両。