JP7286318B2 - 商用電気自動車のための管理システム - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、商用電気自動車（ＥＶ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ）のための管理システムに関する。

[0002] ヘビーデューティ電気トラック及びバンのような商用ＥＶは、電気モータ、バッテリ、インバータ、エアコンプレッサ、冷却ポンプ、パワーステアリングポンプ、ラジエータファン等を含む多くの主要コンポーネント及び補助コンポーネントを備えている。これらのコンポーネントを商用ＥＶ用の一体型パワーパック（ｐｏｗｅｒ ｐａｃｋ）に効率的かつ安全にパッケージングすることは、本出願の出願人によるオーストラリア仮特許出願ＡＵ２０１６９００９１０号に記載されている。この出願は参照により本願に含まれる。

[0003] ヘビーデューティ商用ＥＶの動作及び性能のあらゆる面を監視及び管理して、車両全体の効率の増大、動作コストの削減、及びドライバの安全の向上を図るため、完全に一体化されたシステムに対する必要性がある。

[0004] 本発明によれば、
商用電気自動車（ＥＶ）のための管理システムであって、
ＥＶの複数のコンポーネントに接続された複数のＣＡＮバスを備えたコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）と、
ＣＡＮに接続され、ＥＶの複数のコンポーネントをＣＡＮ信号に基づいて監視及び／又は制御するように構成された車両コントローラと、を備え、
複数のＣＡＮバス及びそれらのコンポーネントは、
電気モータに接続されたモータコントローラを備えたモータコントローラシステムに接続されたドライブＣＡＮバスと、
高電圧（ＨＶ）バッテリを備えたバッテリシステムに接続されたバッテリＣＡＮバスと、
テレマティックスシステムに接続されたテレマティックスＣＡＮバスと、を備え、
モータコントローラの動作温度を測定すると共に、冷却ポンプ及びラジエータファンの速度を調整して所定の動作温度を維持し、
ＨＶバッテリのバッテリコンタクタの状態を監視すると共に、ＥＶの始動に必要な時間量を最適化するように構成されている、管理システムを備える
システムが提供される。

[0005] モータコントローラシステムは、モータに接続されたモータコントローラを備えることができる。車両コントローラは、後退を防ぐように電気モータのトルクを制御することで、ブレーキを使用しながら運転されている場合にＥＶの位置を維持するように構成されている。

[0006] 車両コントローラは更に、ＥＶが惰走しており、電気モータによってＥＶの高電圧（ＨＶ）バッテリに供給される回生電流を調整しているか否かを判定することによって、回生制動を制御するように構成できる。

[0007] 車両コントローラは更に、モータコントローラの動作温度を測定すると共に、冷却ポンプ及びラジエータファンの速度を調整して所定の動作温度を維持するように構成できる。

[0008] 車両コントローラは更に、ＥＶのアクセルペダルの適用率（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒａｔｅ）を決定すると共に、モータコントローラによって供給されるパワーを監視してＥＶのドライバの運転効率を最適化し報告するように構成できる。

[0009] バッテリシステムは、ＨＶバッテリに接続されたバッテリ管理システム（ＢＭＳ）を備えることができる。車両コントローラは、バッテリ温度を監視すると共に、このバッテリ温度に基づいてＨＶバッテリに供給される電流を最適化するように構成されている。

[0010] 車両コントローラは更に、ＨＶバッテリのバッテリコンタクタの状態を監視すると共に、ＥＶの始動に必要な時間量を最適化するように構成できる。

[0011] ＢＭＳは、ＥＶの効率を最適化するようにＥＶの複数の補助コンポーネントを選択的に活性化及び非活性化するよう構成されたＨＶ配電箱を備えることができる。

[0012] 複数の補助コンポーネントは、モータコントローラ、ＥＶの運転室内のＨＶヒータ、ＨＶ空調（ＡＣ）コンプレッサ、エアコンプレッサ、パワーステアリングポンプ、ＨＶ充電器、及びそれらの組み合わせを含み得る。

[0013] テレマティックスシステムは、ＥＶ、ＥＶのドライバ、又はそれら双方に関連した複数のパラメータを収集及び解析するように構成できる。

[0014] 複数のパラメータは、加速度、制動、コーナリング、バッテリ再生（ｂａｔｔｅｒｙ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）、運転室温度、速度、有料荷重配送（ｐａｙｌｏａｄ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）、配送ルート、配送時間、診断、修理、保守、及びそれらの組み合わせを含み得る。

[0015] テレマティックスシステムは更に、車両用娯楽システム、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、及びそれらの組み合わせを含むコンピューティングデバイスに、複数のパラメータを伝達するように構成できる。

[0016] テレマティックスシステムは更に、複数のパラメータを表示するコンピューティングデバイス上のダッシュボードを生成するように構成できる。

[0017] ＨＶヒータは、
環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素の活性化を最適化し、
故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、
環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整する、
ように構成することができる。

[0018] ＨＶ ＡＣコンプレッサは、
環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素の活性化を最適化し、
故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、
環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整する、
ように構成することができる。

[0019] 冷却ポンプは、ＥＶの効率を最適化するように、低電圧（ＬＶ）制御からの入力に基づいて可変速度を有するように構成できる。

[0020] 冷却ポンプは更に、ＥＶの効率を最適化するように、ＬＶ制御からの入力に基づいて可変速度を有するように構成できる。

[0021] バッテリシステムは更にＨＶ充電器を備えることができる。車両コントローラは、ＣＡＮを介してＥＶの動作条件を評価すると共に、ＨＶバッテリを充電するためＨＶ直流（ＤＣ）によって与えられる電力を最適化するように、ＨＶ充電器を制御するように構成されている。

[0022] また、本発明は、上述したシステムを用いてＥＶを動作させる方法を提供する。

[0023] 本発明は更に、上述したシステムを備えたＥＶを提供する。

[0024] これより、添付図面を参照して一例としてのみ本発明の実施形態について記載する。

本発明の一実施形態に従ったＥＶの電気システムの機能ブロック図である。 ＥＶの管理システムのＣＡＮアーキテクチャの機能ブロック図である。 ＥＶのドライブコントローラシステムの機能ブロック図である。 ＥＶのバッテリシステムの機能ブロック図である。 ＥＶのＨＶ配電箱の機能ブロック図である。 ＥＶのバッテリシステムの機能ブロック図である。 管理システムのテレマティックスシステムによって生成されたＥＶの動作／性能パラメータのダッシュボードのスクリーンショットである。 ＥＶのＨＶヒータの機能ブロック図である。 ＥＶのＡＣコンプレッサの機能ブロック図である。 ＥＶの冷却ポンプの機能ブロック図である。 ＥＶの冷却ループアーキテクチャの機能ブロック図である。 ＥＶの冷却ファンの機能ブロック図である。 ＥＶのＤＣ／ＤＣインバータの機能ブロック図である。 ＥＶのＨＶ充電器の機能ブロック図である。 ＥＶのＨＶ充電器の機能ブロック図である。

[0025] 図１を参照すると、商用ＥＶ１０は全体として、商用車両のシャシ１６の向かい合った対のフレームレール１４間に密接に合うように構成された電気パワーパック１２を備えている。商用車両は、例えばバン、バス、又はトラックを含むミッドエンジンもしくはフロントエンジンの商用車両とすることができる。更に、商用車両は、新しい商用ＥＶ１０に変換されるグライダー、又は電力に変換もしくは改造されるディーゼルもしくはガソリン商用車両とすることができる。電気パワーパック１２は概ね、オーストラリア仮特許出願ＡＵ２０１６９００９１０号に記載されているように構成できる。

[0026] 更に具体的には、電気パワーパック１２は、ラジエータファン１８、ＨＶバッテリ２０、ＢＭＳ２２、モータコントローラ（又はマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ））２４、電気モータ２６、ＨＶヒータ２８、ＨＶ ＡＣコンプレッサ３０、冷却ポンプ３２、ＤＣ／ＤＣコンバータ３４、エアコンプレッサ３６、ステアリングコンプレッサ３８、２４Ｖヒューズ４０、車両コントローラ（又は車両管理ユニット（ＶＭＵ：ｖｅｈｉｃｌｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ））４２、車両インタフェース４４（例えばアクセルペダル、ブレーキペダル、ドライブセレクタ、暖房換気及び空調（ＨＶＡＣ：ｈｅａｔｉｎｇ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）制御等）、ＨＶ配電箱４６、テレマティックスシステム４８、及び充電インフラストラクチャ５２に接続できるＨＶ充電器５０を含む、ＥＶ１０の主要コンポーネント及び補助コンポーネントを備えることができる。

[0027] 図２は、ＥＶ１０のための管理システム５４のＣＡＮアーキテクチャを示す。ＣＡＮ５６は、ＥＶ１０の上述の電気パワーパック１２の主要コンポーネント及び補助コンポーネントに接続された複数のＣＡＮバスを備えることができる。ＣＡＮバスは、ドライブＣＡＮバス５８、バッテリＣＡＮバス６０、及びテレマティックＣＡＮバス６２を備え得る。別のＣＡＮバス６４によって、ＨＶ ＡＣコンプレッサ３０をＣＡＮ５６にも接続することも可能である。車両コントローラ４２は、ＣＡＮ５６に接続されると共に、ＣＡＮ信号に基づいてＥＶ１０の複数のコンポーネントを監視及び／又は制御するように構成され得る。コンポーネントの各々はＣＡＮノードにおいて各ＣＡＮバスに接続することができる。各ＣＡＮノードは、入出力デバイスとして、又は、ＣＡＮインタフェース及びソフトウェアを有する埋め込みコンピュータもしくはコントローラとして構成され得る。センサ（図示せず）を、これらのコンポーネントに関連付けるか又は埋め込むことができ、また、ＣＡＮノードにおいてＣＡＮバスに接続することができる。

[0028] ドライブＣＡＮバス５８は、モータコントローラ２４及び電気モータ２６を備えるモータコントローラシステムに接続することができる。車両コントローラ４２は、後退を防ぐように電気モータ２６のトルクを制御することで、ブレーキを使用しながら運転されている場合にＥＶ１０の位置を維持できる。車両コントローラ４２は更に、ＥＶ１０が惰走しており、電気モータ２６によってＥＶ１０のＨＶバッテリ２０に供給される回生電流を調整しているか否かを判定することによって、回生制動を制御するように構成できる。車両コントローラ４２は更に、モータコントローラ２４の動作温度を測定すると共に冷却ポンプ３２及びラジエータファン１８の速度を調整して所定の動作温度を維持するように構成できる。車両コントローラ４２は更に、ＥＶ１０のアクセルペダル４４の適用率を決定すると共にモータコントローラ２４によって供給されるパワーを監視してＥＶ１０のドライバの運転効率を最適化し報告するように構成することができる。

[0029] バッテリＣＡＮバス６０は、ＢＭＳ２２及びＨＶバッテリ２０を備えるバッテリシステムに接続することができる。車両コントローラ４２は、バッテリ温度を監視すると共に、このバッテリ温度に基づいてＨＶバッテリ２０に供給される電流を最適化するように構成できる。車両コントローラ４２は更に、ＨＶバッテリ２０のバッテリコンタクタの状態を監視すると共に、ＥＶ１０の始動に必要な時間量を最適化するように構成できる。ＢＭＳ２２は、ＥＶ１０の動作効率を最適化するように、ＥＶ１０の複数の補助コンポーネントを選択的に活性化及び非活性化するように構成されたＨＶ配電箱４６を備えることができる。複数の補助コンポーネントは、モータコントローラ２４、ＨＶヒータ２８、ＨＶ ＡＣコンプレッサ３０、エアコンプレッサ３６、パワーステアリングポンプ３８、ＨＶ充電器５０、及びそれらの組み合わせを含み得る。

[0030] テレマティックスＣＡＮバス６２は、ＥＶ１０、ＥＶ１０のドライバ、又はそれら双方に関連した複数のパラメータを収集及び解析するように構成されたテレマティックスシステム４８に接続することができる。複数のパラメータは、加速度、制動、コーナリング、バッテリ再生、運転室温度、速度、有料荷重配送、配送ルート、配送時間、診断、修理、保守、及びそれらの組み合わせを含み得る。テレマティックスシステムは更に、車両用娯楽システム、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、及びそれらの組み合わせを含むコンピューティングデバイスに、複数のパラメータを伝達するように構成できる。図７を参照すると、テレマティックスシステム４８は更に、複数の動作及び／又は性能パラメータのうち１つ以上を表示するコンピューティングデバイス上のダッシュボード（又はグラフィカルユーザインタフェース）６６を生成するように構成できる。

[0031] テレマティックスシステムは、以下のように「ＴＤＤＲ」原理を実装し具現化することができる。
・（Ｔ）ｒｕｃｋ（トラック）＝オンラインダッシュボードを介して表示される商用ＥＶ１０の診断及び動作最適化。この車両診断ツールは、事前の（ｐｒｏａｃｔｉｖｅ）及び事後の（ｒｅａｃｔｉｖｅ）双方の車両監視、診断、及び修理を可能とする。一例として、ＥＶ１０が停車場に戻る前に車両ＬＥＤ光の故障を事前に報告し、従って保守グループは車両が戻った際に修理を行う準備をする。
・（Ｄ）ｒｉｖｅｒ（ドライバ）＝ドライバと商用ＥＶ１０の相互作用を最適化し、その後、車両性能を最適化するためのテレメトリ。世界的な研究によって、ドライバはＥＶの全性能に対して最大で１５％の影響を及ぼし得るので、ドライバと商用ＥＶの相互作用を監視すること（その後、良好なドライバ技能に報酬を与える能力を有すること）は、テレマティックスシステムの重要な利点である。監視され得る動作及び／又は性能パラメータには、加速度、制動、コーナリング、バッテリ再生、運転室温度、及び速度が含まれる。
・（Ｄ）ｅｌｉｖｅｒｙ（配送）＝「スマートトラック（Ｓｍａｒｔ Ｔｒｕｃｋ）」を、有料荷重配送及び受領者通信に連動させる能力。様々な理由による配送ミスの高いコストを削減する大きなチャンスである。開発の目的は、意図される家庭配送時間を事前に伝えることを可能とし、受領者によって（スマートフォン応答によって）その時間の確認を行う、新しい時間の提案を行う、又はドライバに特定の場所で引き渡すよう許可することである。この配達保証によって、オーストラリア又は他の地理的に広く分散した市場において実証され、（オンラインショッピング活動の増大のため）大きくなっている費用のかかる問題について、引き渡し当たりのコストの劇的な削減がオペレータに与えられる。
・（Ｒ）ｏｕｔｅ（ルート）＝ルートプランニング及びリアルタイム最適化のためのルートデータ収集の重要性に関連する。毎日の配送ルートプロファイルは周期的に変化するので、ルートプランニングは、最適化されたサービス配送の非常に重要な機能である。この機能にとってデータ収集は重要であるので、管理システム５４のテレマティックスシステムがルートデータを連続的に収集できることを保証し、これによって周期的ルート最適化及びリアルタイムルート最適化の双方を実行できることは非常に重要である。一例として、家庭配送受領者が前もって配送時間の変更を要求し、現在スケジューリングされているルートを、必要な配送及び集荷の全てをその特定の日に実行できるもっと効率的なルートに変更するよう車両に求めることが挙げられる。

[0032] 現在、これらが全てそろった一式のデータ収集及び解析を商用ＥＶに提供する統合テレメトリの全世界的なプロバイダは存在しない。ＴＤＤＲ解析の４つ全ての面が最適化されると、動作及びサービス性能のベンチマークレベルを提供できる。リアルタイム（車両内）ソフトウェア更新によって、管理システム５４のテレマティックス機能性を利用する各車両が最新のソフトウェアを有し、改善点を絶え間なく診断することが保証される。

[0033] 図８から図１５は、ＥＶ１０の電気システムのコンポーネントと、管理システム５４におけるそれらの一体化を示す。図８を参照すると、ＨＶヒータ２８は、環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素の活性化を最適化し、故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整するように構成することができる。

[0034] 同様に、図９に示されている通り、ＨＶ ＡＣコンプレッサ３６は、環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素の活性化を最適化し、故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整するように構成することができる。

[0035] 図１０を参照すると、冷却ポンプ３２は、ＥＶ１０の効率を最適化するように、ＬＶ制御からの入力に基づいて可変速度を有するよう構成することができる。冷却ポンプ３２は更に、ＥＶ１０の効率を最適化するように、ＬＶ制御からの入力に基づいて可変速度を有するよう構成することができる。

[0036] 図１１はＥＶ１０の冷却ループアーキテクチャを示す。冷却ループによって与えられる冷却構成は、モータコントローラ２４、電気モータ２６、及びＨＶ充電器５０を含む車両レベル電気コンポーネントに、最適化された直列／並列冷却システムを提供する。

[0037] 図１２及び図１３はそれぞれ、ＥＶ１０における冷却ファン１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ３４の例示的な機能実施を示す。

[0038] 図１４及び図１５を参照すると、車両コントローラ４２は、ＣＡＮ５６を介してＥＶ１０の動作条件を評価すると共に、ＨＶバッテリ２０を充電するためＨＶ直流（ＤＣ）によって与えられる電力を最適化するように、ＨＶ充電器５０を制御するように構成することができる。

[0039] 本発明の実施形態は、車両全体の効率の増大、動作コストの削減、及びドライバの安全性向上を図るために有用な、商用ＥＶのための完全に一体化された監視、管理、及びテレマティックスシステムを提供する。

[0040] 本明細書の目的のため、「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という言葉は「～を含むがこれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」を意味し、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」という言葉は対応する意味を有する。

[0041] 上記の実施形態は例示のためだけに記載したものであり、以下の特許請求の範囲内で変更が可能である。

Claims (20)

1. 商用電気自動車（ＥＶ）のための管理システムであって、
   複数のＣＡＮバスを有するコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）であって、前記ＣＡＮバスの各々は、前記ＥＶの複数のコンポーネントに接続される、ＣＡＮと、
   前記ＣＡＮに接続され、前記ＥＶの前記複数のコンポーネントをＣＡＮ信号に基づいて監視及び／又は制御するように構成された車両コントローラと、を備え、
   前記複数のコンポーネントの各々は、前記複数のＣＡＮバスの各々に接続されており、
   前記複数のＣＡＮバスは、
   電気モータに接続されたモータコントローラを有するモータコントローラシステムに接続されたドライブＣＡＮバスと、
   高電圧（ＨＶ）バッテリを有するバッテリシステムに接続されたバッテリＣＡＮバスと、
   テレマティックスシステムに接続されたテレマティックスＣＡＮバスと、
   を有する、管理システム。
2. 前記車両コントローラは、後退を防ぐように前記電気モータのトルクを制御することで、ブレーキを使用しながら運転されている場合に前記ＥＶの位置を維持するように構成されている、請求項１に記載の管理システム。
3. 前記車両コントローラは更に、前記ＥＶが惰走しており前記電気モータによって前記ＥＶの前記ＨＶバッテリに供給される回生電流を制御しているか否かを判定することによって、回生制動を制御するように構成されている、請求項２に記載の管理システム。
4. 前記車両コントローラは更に、前記ＥＶのアクセルペダルの適用率を決定すると共に、前記モータコントローラによって供給されるパワーを監視して前記ＥＶのドライバの運転効率を報告するように構成されており、
   前記適用率は、前記アクセルペダルの総踏み込み量に対する前記アクセルペダルの実踏み込み量の比率である、請求項３に記載の管理システム。
5. 前記バッテリシステムは、前記ＨＶバッテリに接続されたバッテリ管理システム（ＢＭＳ）を備え、
   前記車両コントローラは、バッテリ温度を監視すると共に、前記バッテリ温度に基づいて前記ＨＶバッテリに供給される電流を制御するように構成されている、請求項１に記載の管理システム。
6. 前記ＢＭＳは、前記ＥＶの複数の補助コンポーネントを選択的に活性化及び非活性化するように構成されたＨＶ配電箱を備える、請求項５に記載の管理システム。
7. 前記複数の補助コンポーネントは、前記モータコントローラ、前記ＥＶの運転室内のＨＶヒータ、ＨＶ空調（ＡＣ）コンプレッサ、エアコンプレッサ、パワーステアリングポンプ、ＨＶ充電器、及びそれらの組み合わせを含む、請求項６に記載の管理システム。
8. 前記テレマティックスシステムは、前記ＥＶ、前記ＥＶのドライバ、又はそれら双方に関連した複数のパラメータを収集及び解析するように構成されている、請求項１に記載の管理システム。
9. 前記複数のパラメータは、加速度、制動、コーナリング、運転室温度、速度、診断、修理、保守、及びそれらの組み合わせを含む、請求項８に記載の管理システム。
10. 前記複数のパラメータは、前記ＨＶバッテリのバッテリ再生をさらに含む、請求項９に記載の管理システム。
11. 前記複数のパラメータは、有料荷重配送、配送ルート、配送時間をさらに含む、請求項１０に記載の管理システム。
12. 前記テレマティックスシステムは更に、車両用娯楽システム、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォン、及びそれらの組み合わせを含むコンピューティングデバイスに、前記複数のパラメータを伝達するように構成されている、請求項１１に記載の管理システム。
13. 前記テレマティックスシステムは更に、前記複数のパラメータを表示する前記コンピューティングデバイス上のダッシュボードを生成するように構成されている、請求項１２に記載の管理システム。
14. 前記ＨＶヒータは、
    環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素を活性化し、
    故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、
    環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整する、
    ように構成されている、請求項７に記載の管理システム。
15. 前記ＨＶ空調（ＡＣ）コンプレッサは、
    環境及びユーザの条件に基づいてヒータ要素を活性化し、
    故障状態の場合はＨＶパワーからそれ自体を隔離し、
    環境及びユーザの条件に基づいて流体流入／流出温度を調整する、
    ように構成されている、請求項７に記載の管理システム。
16. 冷却ポンプをさらに備え、
    前記冷却ポンプは、低電圧（ＬＶ）制御からの入力に基づいて可変速度を有するように構成されている、請求項１に記載の管理システム。
17. 前記冷却ポンプは更に、前記ＬＶ制御からの入力に基づいて可変速度を有するように構成されている、請求項１６に記載の管理システム。
18. 前記バッテリシステムは更に、ＨＶ充電器を備え、
    前記車両コントローラは、前記ＣＡＮを介して前記ＥＶの動作条件を評価すると共に、前記ＨＶバッテリを充電するためＨＶ直流（ＤＣ）によって与えられる電力を制御するように、前記ＨＶ充電器を制御するように構成されている、請求項４に記載の管理システム。
19. 請求項１に記載の管理システムを用いてＥＶを動作させる、方法。
20. 請求項１に記載の管理システムを備えた、ＥＶ。

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