JPWO2014141532A1 - 車両電力管理装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両における電気負荷駆動用の電力を管理するための車両用電力管理システムに関し、車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置（１）と、車両の走行経路を生成する車両経路情報生成装置（２）と、電力を消費して前記車両を駆動する駆動装置（５）と、発電装置（６）と、電気負荷装置群（１０）と、車両の駆動用の電力を蓄積する高圧蓄電装置（７）と、電気負荷装置群（１０）の動作のための電力を蓄積する低圧蓄電装置（９）と、高圧蓄電装置（７）に蓄積された電力を電圧変換し、電気負荷装置群１０の動作のための直流電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置（８）とを備え、車両電力管理装置（１）は、駆動消費電力パターン予測部（２０１）で予測される駆動消費電力が増加する場合には、直流電圧変換・出力装置（８）を停止し、高圧蓄電装置（７）から電気負荷装置群（１０）への電力供給を停止する。

Description

本発明は、車両における電気負荷駆動用の電力を管理するための車両用電力管理システムに関する。

近年、二酸化炭素の排出削減やエネルギーの効率的な利用の観点から、電気エネルギーを動力として利用する電気自動車が実用化されている。しかしながら、電気自動車用のバッテリのエネルギー密度はガソリンと比較すると小さいため満充電における航続可能距離は約１００〜２００ｋｍと短く、また、エアコンデショナーなどの電気負荷における電力消費によって航続可能距離はさらに短くなる。

そこで、電気自動車の電気負荷の省エネ化を促進することで、走行中の電力消費を抑え、航続距離を延長する技術が提案されている。

このような技術として、例えば、特許文献１には、走行中の車両の電力需給状況（電気負荷の総消費電力量と発電コストと蓄電コスト）から電力の時価（電価）を計算し、車両に搭載されている各種電気負荷に通知する車両用電力システムが開示されている。

特許文献１の車両用電力管理システムでは、車両に搭載された電気負荷が通知された電価から車両の電力需給状況を間接的に把握することができるため、電気負荷に適切な電力購買力を設定することにより、高い電価の場合は省電力モードの動作に移行するなど、走行中の車両の電力需給状況に合わせた電気負荷の省エネ運転が実現できる。

特開２０１２−０４６１７１号公報

上述した特許文献１の技術は、電力の時価、すなわち、その瞬間における電力需給状況に応じて電気負荷が個別の判断で省エネ運転を実現する技術であるため、蓄電装置にかかる出力負荷のピーク値の制御が困難であり、電力供給ロス（例えば負荷へ供給する１２Ｖの電圧生成損失またはバッテリから電力を供給する際に生じる内部抵抗による電力損失）は低減できない。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされたものであり、車両の走行中に蓄電装置への負荷集中を抑制することにより蓄電装置で発生する電力損失を抑制すると共に、電気負荷への電力供給ロスを低減することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用電力管理システムは、車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置と、前記車両の走行経路を生成する車両経路情報生成装置と、電力を消費して前記車両を駆動する駆動装置と、発電装置と、複数の電気負荷と、前記車両の駆動用の電力を蓄積する第１の蓄電装置と、前記複数の電気負荷の動作のための電力を蓄積する第２の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置に蓄積された電力を電圧変換し、前記複数の電気負荷の動作のための直流電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置と、を備え、前記車両電力管理装置は、前記車両経路情報生成装置で生成した前記走行経路に基づいて、前記駆動装置が消費する駆動消費電力を予測する駆動消費電力パターン予測部と、前記発電装置が発電する発電電力を予測する発電電力パターン予測部と、前記複数の電気負荷で消費する電気負荷消費電力を予測する電気負荷消費電力パターン予測部と、を有し、前記車両電力管理装置は、前記駆動消費電力パターン予測部で予測される前記駆動消費電力が増加する場合には、前記直流電圧変換・出力装置を停止し、前記第１の蓄電装置から前記複数の電気負荷への電力供給を停止する。

本発明に係る車両用電力管理システムによれば、車両電力管理装置が、駆動消費電力が増加する場合には、直流電圧変換・出力装置を停止し、第１の蓄電装置から複数の電気負荷への電力供給を停止するので、第１の蓄電装置の内部抵抗における電力損失を低減することで、車両の航続距離を延長することができる。また、第１の蓄電装置の性能劣化（蓄電容量の低下）を抑え、車両の走行可能距離が短くなるのを抑制することができる。

本発明に係る実施の形態１〜３の車両用電力管理システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１〜３の車両用電力管理システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係る実施の形態１〜３の車両用電力管理システムにおける各予測部での予測結果を示す図である。 本発明に係る実施の形態１〜３における、駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力の換算条件を示す図である。 直流電圧変換・出力装置の出力電流と電力変換効率との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態４の車両用電力管理システムの構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態４の車両用電力管理システムの動作を説明するフローチャートである。 実施の形態４に係る空調出力制御方法を説明するタイミングチャートである。 実施の形態５に係る空調出力制御方法を説明するタイミングチャートである。

＜実施の形態１＞
＜装置構成＞
図１は、本発明に係る実施の形態１の車両用電力管理システム１００の構成を示すブロック図である。

図１に示す車両用電力管理システム１００は、車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置１と、車両の走行経路を生成し出力する車両経路情報生成装置２と、ＧＰＳの緯度・経度や累積走行距離などの両の絶対位置または相対位置を検出する車両位置検出装置３と、車速パルス値など車両の速度を検出する車両速度検出装置４と、モーターなどの電力を消費して駆動する駆動装置５と、オルタネータや回生モーターなどの発電装置６と、リチウムイオンバッテリなど車両の駆動エネルギー源として利用する高圧蓄電装置７と、高圧蓄電装置７からエアコンやＥＰＳ（Electric Power Steering）などの電気負荷装置群１０（一般的に補機と呼称され複数存在する）に対して供給する１２〜１４Ｖの低電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置８と、鉛蓄電池など補機への電力供給ライン上に接続されている低圧蓄電装置９と、電気負荷装置群１０とを備えている。

車両電力管理装置１は、情報入力部として、車両経路情報生成２が出力する走行経路情報が入力される走行経路情報入力部１０１と、車両位置検出装置３が出力する車両位置情報が入力される車両位置情報入力部１０２と、車両速度検出装置４が出力する車両速度情報が入力される車両速度情報入力部１０３とを備えている。

また、車両電力管理装置１は、予測部として、駆動装置５で消費する駆動消費電力を走行経路情報に基づいて予測する駆動消費電力パターン予測部２０１と、発電装置６で発電する発電電力を走行経路情報に基づいて予測する発電パターン予測部２０２と、電気負荷装置１０で消費する電気負荷消費電力を走行経路情報に基づいて予測する電気負荷消費電力パターン予測部２０３とを備えている。

また、車両電力管理装置１は、装置情報入力部として、発電装置６の発電状態（発電の有無、発電電流・電圧）を検出し、発電装置情報として出力する発電装置情報入力部４０１と、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置６の蓄電状態（ＳＯＣ：State Of Chargeの値および入出力電流・電圧の値）を検出し、蓄電装置情報として出力する蓄電装置情報入力部４０２と、電気負荷装置１０群の総電力消費電流値を検出し電気負荷装置情報として出力する電気負荷装置情報入力部４０３とを備えている。

そして、車両電力管理装置１は、上述した各予測部での予測結果（駆動消費電力、発電、電気負荷消費電力）と、装置情報入力部から出力される各装置情報（発電装置情報、蓄電装置情報、電気負荷装置情報）とに基づいて、高圧蓄電装置７における電力損失（Ｌ７（ｔ））と、低圧蓄電装置９の電力損失（Ｌ９（ｔ））と、直流電圧変換・出力装置８の電力損失（Ｌ８（ｔ））の総和が最小になるように電力変換・出力装置８の出力計画（制御計画）を作成し、作成した出力計画に基づいて直流電圧変換・出力装置８を制御する電力変換出力計画作成・実行部３０１を備えている。なお、Ｌ７（ｔ）、Ｌ８（ｔ）およびＬ９（ｔ）は、時刻ｔでの電力損失を表す。

＜動作＞
次に、図１を参照しつつ、図２〜図４を用いて車両用電力管理システム１００の動作について説明する。

図２は、車両電力管理装置１における電力変換出力計画作成・実行処理を説明するフローチャートである。

イグニッションキーの投入により車両の電気系統が動作することで車両用電力管理システム１００が動作を開始すると、まず、車両経路情報生成装置２が車両電力管理装置１に走行経路情報を入力する（ステップＳ１００）。

この走行経路情報は、例えば、道路が複数のノードで表され、各ノードは相対位置座標（走行経路情報が入力された時点の位置からの累積走行距離）と、絶対位置座標（ＧＰＳの緯度・経度）と、ノード属性（交差点、Ｔ字路、踏み切り、トンネル）と、各ノードにおける進行方向（直進、右折、左折、Ｕターン）と、ノード間の法定速度（時速〜ｋｍ）の情報を有している。なお、車両経路情報生成装置２が相対位置座標や絶対位置座標は車両位置検出装置３から取得する構成としても良いが、車両経路情報生成装置２内にＧＰＳセンサを有した構成としても良い。また、速度センサを内部に有していても良い。

ここで、車両経路情報生成装置２は、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems Interface）で規定される走行する可能性が高い経路ＭＰＰ（Most Probable Path）、または、カーナビゲーション装置のように現在位置からユーザーが設定した目的地までの経路のいずれかを走行経路情報として作成し、車両電力管理装置１に入力することを前提とする。

なお、上述のＭＰＰについては目的値の設定をしなくとも、車両経路情報生成装置２において走行経路情報として作成され出力されるものとする。

車両経路情報生成装置２における走行経路情報の作成と車両電力管理装置１への入力は、走行開始前に１度だけ入力するようにしても良いし、走行中に任意のタイミング（走行する可能性が高い経路ＭＰＰまたは目的地までの経路内容の更新時、所定時間経過時、車両が所定距離走行した時）で行っても良い。なお、電力管理装置１は車両経路情報生成装置２から入力された最新の走行経路情報を利用するものとする。

次に、車両電力管理装置１の車両経路情報入力部１０１は、入力された走行経路情報を駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３のそれぞれに通知する（ステップＳ１０１）。

駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３は、通知された走行経路情報に基づいて、それぞれ駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力を予測し、その結果を電力変換出力計画作成・実行部３０１に通知する（ステップＳ１０２）。

ここで、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３でのそれぞれの予測においては、一定の予測精度が保たれることを前提とし、所定の走行距離に応じて法定速度（制限速度）や道路勾配（上り、下り）、進行方向（直進、右折、左折）ごとに駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力を予測し、予測結果は、車両の走行経路に沿って駆動消費電力と発電電力と電気負荷消費電力の対応関係が判るように整理される。

例えば、図３に示されるように、走行距離単位でその区間ごとに駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力が関連付けられるように整理される。すなわち、図３では、走行距離が０〜１００ｍの区間では、駆動消費電力は１４ｋＷ、発電電力は０ｋＷ、電気負荷消費電力は０ｋＷとして表されている。

また、図３に示すように、走行距離単位ごとに、経度、緯度、走行経路情報が示されており、走行経路情報には、車両の進行方向、場所、制限速度、道路の勾配などの情報を含んでいる。

ここで、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３のそれぞれにおける駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力は、図４に一例を示すような換算条件に基づいて予測される。

すなわち、走行距離分解能が１００ｍの場合、駆動消費電力の予測においては、平地での時速１０ｋｍについて空気抵抗、路面摩擦を考慮して２ｋＷを消費するものとし、さらに上り坂では勾配５度につき２ｋＷを消費するものとし、また、右左折に際しては１回につき２ｋＷを消費するものとする。

また、発電電力の予測においては、下り坂では勾配５度につき２ｋＷを発電するものとし、右左折に際しては１回（減速１回）につき時速÷２０ｋＷを発電するものとする。

また、電気負荷消費電力の予測においては、右左折に際しては１回につき１ｋＷを消費するものとし、ヘッドライト点灯に際しては１回につき２ｋＷを消費するものとする。

また、上り勾配が５％上がるごとに駆動消費電力が２ｋＷずつ増すようにするなど、重み付けを行っても良い。

その後、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、通知された予測結果に基づいて出力計画情報（出力条件および出力電流値）を作成し、直流電圧変換・出力装置８に出力電流値を通知する（ステップＳ１０３）。

ここで、本実施の形態１に係る出力計画情報の作成方法について説明する。まず、車両位置検出装置３から車両位置情報入力部１０２に対して車両位置情報が入力され、車両速度検出装置４から車両速度情報入力部１０３に対して車両速度情報が周期的に入力されているものとし、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、車両位置情報入力部１０２および車両速度情報入力部１０３のそれぞれから、車両の位置および速度の情報を随時取得できるものとする。

同様に、発電装置６から発電装置情報入力部４０１に対して、発電時の電流値が入力され、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置９からは、蓄電装置情報入力部４０２に対して、それぞれのＳＯＣ７（ｔ）およびＳＯＣ９（ｔ）と、電流入出力値Ｉ７（ｔ）およびＩ９（ｔ）が入力される。

また、電気負荷装置群１０から電気負荷装置情報入力部４０３に対して、電気負荷の総消費電流値が周期的に入力されているものとし、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、発電装置情報入力部４０１、蓄電装置情報入力部４０２および電気負荷装置情報入力部４０３から、それぞれ、発電装置６の発電タイミングと発電電流値、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置９のＳＯＣと流入出電流値、および電気負荷装置群１０の総消費電流値を取得できるものとする。

また、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、直流電圧変換・出力装置８対しては出力電流値を出力するものとし、直流電圧変換・出力装置８は電力変換出力計画作成・実行部３０１に対して出力中の電流値および電圧値を出力できるものとする。

また、高圧蓄電装置７の定格出力をＰ７Ｍａｘ（＝２５ｋＷ）とし、この値は電力変換出力計画作成・実行部３０１が予め持っているものとする。

ここで、ステップＳ１０２で予測された発電電力をＰ１（ｔ）、駆動消費電力をＰ２（ｔ）、電気負荷消費電力をＰ３（ｔ）とする。

電力変換出力計画作成・実行部３０１は、以下の数式（１）となる時刻または位置（図３のｔ＝ｎ）を、例えば図３の予測結果に基づいて算出し、その時点での直流電圧変換・出力装置８の出力電流値を０とするように出力計画情報を作成する。
Ｐ２（ｔ）＋Ｐ３（ｔ）−Ｐ１（ｔ）＞Ｐ７Ｍａｘ（＝２５ｋＷ）・・・（１）

また、このとき低圧蓄電装置９のＳＯＣ９（ｎ）が、ＳＯＣ９の下限値ＳＯＣ９ｍｉｎおよび電気負荷消費電力Ｐ３（ｎ）を供給可能となるように、以下の数式（２）を満たすように、電力変換出力計画作成・実行部３０１が０＜ｔ＜ｎの間に低圧蓄電装置９へ電力を供給する（充電する）。
ＳＯＣ９（ｎ）＞（ΔＳＯＣ９＋１）ＳＯＣ９ｍｉｎ・・・（２）

上記数式（２）において、ΔＳＯＣ９は、低圧蓄電装置９のＳＯＣ値への換算値であり、例えば低圧蓄電装置９の容量Ｐ９ｍａｘが１０ｋｗｈの場合、Ｐ３（ｎ）＝１ｋｗｈであればΔＳＯＣ９＝（Ｐ３（ｎ）／Ｐ９ｍａｘ）×１００＝１０％として計算する。

低圧蓄電装置９への充電は、高圧蓄電装置７からの出力電流量を小さくするためには駆動消費電力量が小さい場合（例えば図３のｎ＝２の場合）が望ましいが、高圧蓄電装置７の出力を定格出力Ｐ７Ｍａｘ以内とすることができれば、例えばｔ＝ｎまで常時低圧蓄電装置９を充電しても良いし、直前（ｔ＝ｎ−１）で必要な電力を充電しても良い。

次に、低圧蓄電装置９のＳＯＣ９（ｎ）の予測方法について説明する。直流電圧変換・出力装置８の出力電流値Ｉ８（ｔ）、出力電圧Ｖ８（ｔ）として、時刻ｔ（＝ｎ）までの直流電圧変換・出力装置８の出力電力の積算値Ｐ８をＰ８＝ΣＶ８（ｔ）・Ｉ８（ｔ）とし、この積算値Ｐ８を低圧蓄電装置９のＳＯＣ値に換算した値をＳＯＣ９chargeとする。

また、図３において時刻ｔ（＝ｎ）までの電気負荷の消費電力量を積算した電気負荷の総消費電力量Ｐ１０をＰ１０＝ΣＰ１０（ｔ）とし、この総消費電力量Ｐ１０を低圧蓄電装置９のＳＯＣ値に換算した値をＳＯＣ９dischargeとする。

そして、低圧蓄電装置９の初期ＳＯＣ値（例えば走行開始時の値）をＳＯＣinitialとした場合、ＳＯＣ９（ｎ）は以下の数式（３）で算出することができる。
ＳＯＣ９（ｎ）＝ＳＯＣ９initial＋ＳＯＣ９charge−ＳＯＣ９discharge・・・（３）

また、ＳＯＣ９initialは、走行開始時の出力電圧値Ｖ８（ｔ＝０）から以下の数式（４）により求める。
ＳＯＣ９initial＝α・（Ｖ８（０）−Ｖ８offset）・・・（４）

ここで、Ｖ８offsetはＳＯＣ０％時の低圧蓄電装置８の電圧であり、実験値や低圧蓄電装置８のスペックシートなどから求められる値である。

なお、係数αは、低圧蓄電装置８の電圧差に対するＳＯＣ値の割合であり、実験値や低圧蓄電装置８のスペックシートなどから求められる値である。

ここで再び図２の説明に戻り、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、作成した出力計画情報が、ステップＳ１０２で通知された、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３における予測結果の範囲外か否か、すなわちステップＳ１００で入力された走行経路から外れているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。そして、出力計画情報が予測範囲外であれば走行経路から外れており、これ以上の処理は不要として一連の処理を終了する。一方、予測範囲内であれば、走行経路から外れていないものとしてステップＳ１０３以下の処理を繰り返す。

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態１に係る車両用電力管理システムにおいては、駆動消費電力が大きく、かつ、高圧蓄電装置７の出力負荷が大きい場合、高圧蓄電装置７から電気負荷装置群１０への電力供給を止める（直流電圧変換・出力装置８の出力電流を０とする）ことで高圧蓄電装置７の出力電流の値を小さくし、その内部抵抗における電力損失を低減することで、車両の航続距離を延長することができる。

すなわち、蓄電装置（蓄電池）は内部抵抗Ｒを持ち、充電（電流入力）、放電（電流出力）の際にＲ×Ｉ２（電流値の自乗）の電力損失が発生する。この電力損失を低減することで車両の航続距離を延長することができる。

また、電力損失は熱となり、蓄電池の劣化を引き起こすので、充放電電流値には定格値（推奨値）が決められている。従って、上記のように高圧蓄電装置７の出力電流の値を小さくし、高圧蓄電装置７の放電電流値を定格範囲で運用することにより、高圧蓄電装置７の性能劣化（蓄電容量の低下）を抑え、車両の走行可能距離が短くなるのを抑制することができる。

＜実施の形態２＞
次に本発明に係る実施の形態２の車両用電力管理システムについて説明する。なお、図１に示した車両用電力管理システム１００の構成は、実施の形態２の車両用電力管理システムにおいても同じであり、実施の形態１の説明に用いた図１および図３は、本実施の形態２の説明においても使用する。また、実施の形態１と同様に電力変換出力計画作成・実行部３０１は発電装置情報入力部４０１から発電装置６の発電タイミングと発電電力（電流値）の値を取得できることを前提とする。

実施の形態１においては、高圧蓄電装置７の出力が所定値以上の場合に、高圧蓄電装置７から低圧側への電力供給を停止することで高圧蓄電装置７の内部抵抗などで生じる電力損失を抑制していたが、発電装置６で発電した電力を蓄電装置に充電する際に生じる電力損失の抑制は充分ではなかった。

実施の形態２においては、発電装置６で発電した電力を蓄電装置に充電する際に生じる電力損失を抑制して、効率よく充電する方法を説明する。

より具体的には、電力変換出力計画作成・実行部３０１における出力計画情報の作成方法において、図２に示すステップＳ１０３のプロセスを変更することで、充電の効率を高めるものであり、以下、図２を参照して、実施の形態１と異なる点についてのみ説明する。

まず、実施の形態１と同様に、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３は、通知された走行経路情報に基づいて、それぞれ駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力を予測し、その結果を電力変換出力計画作成・実行部３０１に通知する（ステップＳ１０２）。

その後、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、通知された予測結果に基づいて出力計画情報（出力条件および出力電流値）を作成し、直流電圧変換・出力装置８に出力電流値を通知する（ステップＳ１０３）。

すなわち、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、低圧蓄電装置９のＳＯＣ９（ｔ）が以下の数式（５）を満たすように直流電圧変換・出力装置８の出力計画情報を作成する。
ＳＯＣ９ａ＜ＳＯＣ９（ｔ）＜ＳＯＣ９ｂ・・・（５）

ここで、ＳＯＣ９ａおよびＳＯＣ９ｂは予め所定の値が定められており、数式（５）の範囲において低圧蓄電装置９への充電速度（アンペア／秒）は最大になるものとする。

このＳＯＣ９ａおよびＳＯＣ９ｂは、低圧蓄電装置９においてそれぞれ実験値や低圧蓄電装置８のスペックシートなどから求められる値であり、低圧蓄電装置９の性能（蓄電可能な容量など）が劣化せず、充放電効率の良い（充放電速度が所定値以上）となる下限および上限を示す値である。

具体的には、電気負荷装置消費電力の予測結果と蓄電装置情報入力部４０２から得られる低圧蓄電装置９のＳＯＣ９（ｔ）と、ステップＳ１０２で予測された電気負荷消費電力をＰ３（ｔ）とし、直流電圧変換・出力装置８の供給電力をＰ８（ｔ）とした場合、電力の差分（供給電力Ｐ８（ｔ）−Ｐ３（ｔ））の低圧蓄電装置９に対するＳＯＣの値ΔＳＯＣ９（ｔ）を以下の数式（６）で定義する。
ΔＳＯＣ９（ｔ）＝｛Ｐ８（ｔ）−Ｐ３（ｔ）｝÷Ｐ９ｍａｘ・・・（６）

上記数式（６）において、Ｐ９ｍａｘは低圧蓄電装置９の容量であり、Ｐ３（ｔ）は図３から一意に決まる値である。

ここで、時刻ｔ＝ｎ−１における低圧蓄電装置８のＳＯＣをＳＯＣ９（ｎ−１）とした場合、時刻ｔ＝ｎにおける低圧蓄電装置８のＳＯＣ９（ｎ）は、以下の数式（７）で定義する。
ＳＯＣ９（ｎ）＝ＳＯＣ９（ｎ−１）＋ΔＳＯＣ９（ｎ）・・・（７）

そして、時刻ｔ＝ｎ−１から時刻ｔ＝ｎの期間において、以下の数式（８）を満たすように電力変換出力計画作成・実行部３０１が直流電圧変換・出力装置８の電流出力値を制御する。
ＳＯＣ９ａ＜ＳＯＣ９（ｎ）＜ＳＯＣ９ｂ・・・（８）

さらに具体的な例を挙げて説明すると、時刻ｔ＝ｎ−１において、ｔ＝ｎまでに直流電圧変換・出力装置８が出力可能な電力量をＰ８available（ｎ）とすると、上述の数式（８）は、以下の数式（９）ように表すことができる。
Ｐ８availablemin（ｎ）＜Ｐ８available（ｎ）＜Ｐ８availablemax（ｎ）・・（９）

そして、直流電圧変換・出力装置８の出力が電流Ｉ８（ｔ）、電圧Ｖ８（ｔ）である場合、Ｐ８available（ｎ）＝Σ｛Ｉ８（ｔ）・Ｖ８（ｔ）｝として求められ、電力変換出力計画作成・実行部３０１は上述の数式（９）を満たすように直流電圧変換・出力装置８の電流出力値を制御する。

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態２に係る車両用電力管理システムにおいては、電力変換出力計画作成・実行部３０１が、ＳＯＣ９（ｔ）を数式（５）の範囲に留めることで、低圧蓄電装置９を高効率（短時間）で充電できるように低圧蓄電装置９のＳＯＣを制御することができる。

すなわち、充電装置（蓄電池）はその充填率（ＳＯＣ）が低いと、短時間で大きな電力を充電可能となるが、ＳＯＣが低過ぎると電気負荷が必要とする電流を供給できず、電池の劣化も生じるので所定範囲内に留める必要がある。数式（５）はこれを規定しており、所定範囲は電池の特性により、事前に求まるパラメータである。

このような規定に従って低圧蓄電装置９のＳＯＣを制御することで、発電装置６が発電したタイミングで直流電圧変換・出力装置８に出力の指示を与えた場合にも、低圧蓄電装置９の性能劣化（蓄電可能な容量の低下など）を発生させることなく、低圧蓄電装置９に対して発電装置６が発電した電力を高効率（短時間）で充電することができる。

また、直流電圧変換・出力装置８を介して電気負荷装置群１０および低圧蓄電装置９に電力を供給すると、電力供給時間Ｔ×単位時間当たりの電力損失Ｐが発生する。単位時間あたりの電力損失Ｐは出力電流値の２乗に比例するため、直流電圧変換・出力装置８を制御して出力電流値Ｉと出力時間Ｔを下げると、電力損失も小さくなり、発電装置６で発電した電力を低圧蓄電装置９に充電する場合にも、電力損失を抑制して効率よく充電することができる。

また、高圧蓄電装置７から低圧蓄電装置９への電力供給を常時行わないことになるので、直流電圧変換・出力装置８で生じる電力損失を低減することができ、車両の航続距離を延長することができる。

＜実施の形態３＞
次に本発明に係る実施の形態３の車両用電力管理システムについて説明する。なお、図１に示した車両用電力管理システム１００の構成は、実施の形態３の車両用電力管理システムにおいても同じであり、実施の形態１の説明に用いた図１および図３は、本実施の形態２の説明においても使用する。

実施の形態１においては、高圧蓄電装置７の出力が所定値以上の場合に、高圧蓄電装置７から低圧側への電力供給を停止することで高圧蓄電装置７の内部抵抗などで生じる電力損失を抑制し、また、実施の形態２においては、発電装置６で発電した電力を蓄電装置に充電する際に生じる電力損失を抑制したが、直流電圧変換・出力装置８で生じる電力変換損失の抑制は充分ではなかった。

本実施の形態３においては、直流電圧変換・出力装置８の電力変換損失を低減する方法を説明する。

より具体的には、電力変換出力計画作成・実行部３０１における出力計画情報の作成方法において、図２に示すステップＳ１０３のプロセスを変更することで、電力変換損失を低減するものであり、以下、図２を参照して、実施の形態１と異なる点についてのみ説明する。

まず、実施の形態１と同様に、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３は、通知された走行経路情報に基づいて、それぞれ駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力を予測し、その結果を電力変換出力計画作成・実行部３０１に通知する（ステップＳ１０２）。

その後、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、通知された予測結果に基づいて出力計画情報（出力条件および出力電流値）を作成し、直流電圧変換・出力装置８に出力電流値を通知する（ステップＳ１０３）。

ここで、直流電圧変換・出力装置８の入力電流値をＩ８ｉｎ（ｔ）とし、出力電流値をＩ８ｏｕｔ（ｔ）とし、その電力変換効率をμ８とする。これは、製品仕様などで定められた電力変換効率であり、ここではＤＣ／ＤＣコンバータの出力電流に対する電力変換効率を示すものとする。

次に、電力変換出力計画作成・実行部３０１は、発電装置情報入力部４０１から発電装置６が発電したタイミングを検出した時点（ｔ＝ｘ）で、電力変換効率が最も高い値となる出力電流値Ｉ８ｏｕｔ（ｘ）を出力するように直流電圧変換・出力装置８を制御する。

より具体的には、直流電圧変換・出力装置８は、図５のような出力電流に応じた電力変換効率μ８が予め定められており、上述のＩ８ｏｕｔは電力変換効率μ８が最大となる値とする。

すなわち、図５においては、横軸を出力電流Ｉ８とし、縦軸を電力変換効率μ８として、出力電流Ｉ８の変化に伴う電力変換効率μ８の値を示している。そして、図５において電力変換効率μ８が最大となる値を最大効率μ８ｍａｘとする。

なお、上記説明では、出力電流値Ｉ８ｏｕｔ（ｘ）は電力変換効率μ８が最大となる時点における電流値としたが、出力可能な電流値が限定されるため、電力変換効率の所定の範囲、例えば図５に示すμ８ｍｉｎ＜μ８＜μ８ｍａｘのように、電力変換効率の最大値（μ８ｍａｘ）と、それよりも所定値分低い電力変換効率（μ８ｍｉｎ）とを定め、その範囲の電流（図５ではＩ８ｍｉｎ〜Ｉ８ｍａｘの範囲の電流）を直流電圧変換・出力装置８から出力するように制御しても良い。

このように制御することで、直流電圧変換・出力装置８から出力可能な電流値が限定されることを抑制できる。

なお、μ８ｍｉｎは、μ８ｍａｘに対して例えば５〜１０％低い値とすることが現実的である。

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態３に係る車両用電力管理システムにおいては、直流電圧変換・出力装置８が発電装置６で発電した電力を電気負荷装置群１０に対して供給する際の電力変換損失が低減され、車両の航続距離が延長できる。

＜実施の形態４＞
次に本発明に係る実施の形態４の車両用電力管理システムについて説明する。実施の形態１〜３の車両用電力管理システムにおいては、低圧蓄電装置９を電源とする電気負荷装置群１０を電力変換出力計画・実行部３０１により制御する構成について説明したが、電気負荷としては、図１に示したように、高圧蓄電装置７を電源とする高電源電圧系電気負荷装置（駆動装置５は除く）として空調装置５２が挙げられる。

このような車両の場合、駆動装置５と空調装置５２が高圧蓄電装置７から数キロワットから数十キロワットの大きな電力を引き出すが、その際に高圧蓄電装置７から出力される電流の値は数十アンペアになることがある。

すると、電圧Ｖ（ボルト）の高圧蓄電装置７から駆動装置５または空調装置５２が電力Ｐoutを引き出す際に生じる電気抵抗をＲ（オーム）とした場合、電流値Ｉ＝Ｐ／Ｖ（アンペア）として表わされ、ジュール熱Ｑ＝ＲＩ^２（ワット）の電力が損失電力として発生する。

このジュール熱Ｑは、発電装置６が発電した電力Ｐｉｎを高圧蓄電装置７に充電可能な車両においても同様に発生する。

なお、上記で説明する電気抵抗Ｒとは、高圧蓄電装置７の内部抵抗や高圧蓄電装置７と駆動装置５または空調装置５２、発電装置６を接続する配線の抵抗およびコンタクタの抵抗など高圧蓄電装置７と駆動装置５または空調装置５２、発電装置６間においての放電または充電する際に生じる電気抵抗全て、または、その一部を含むものとする。

本実施の形態４においては、高圧蓄電装置７に対して駆動装置５以外の高電源電圧系電気負荷装置として空調装置５２が接続され、また、充電装置として発電装置６が接続されてしている車両において、高圧蓄電装置７の放電または充電時に発生する損失電力（たとえばジュール熱Ｑ）を、空調装置５２の出力を制御することで低減する空調出力計画作成・実行部５０１を備えた車両用電力管理システム２００について説明する。

＜装置構成＞
図６を用いて、実施の形態４の車両用電力管理システム２００の構成について説明する。なお、図６においては、図１を用いて説明した車両用電力管理システム１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

実施の形態４における車両電力管理システム２００は、図１に示した車両用電力管理システム１００における電力変換出力計画作成・実行部３０１の代わりに空調出力計画作成・実行部５０１を備え、空調出力計画作成・実行部５０１より与えられた空調出力計画情報（上限温度、下限温度、目標温度、制御時間）に従って車室内の温度を調整する空調装置５２をさらに備えている。なお、上記では電力変換出力計画作成・実行部３０１の代わりに空調出力計画作成・実行部５０１を備えた構成として説明したが、電力変換出力計画作成・実行部３０１も備えた構成としても良い。すなわち、電力変換出力計画作成・実行部３０と空調出力計画作成・実行部５０１とを備えたシステムを構成しても良い。

空調出力計画作成・実行部５０１は、各予測部での予測結果（駆動消費電力、発電、電気負荷消費電力）と、装置情報入力部から出力される各装置情報（発電装置情報、蓄電装置情報、電気負荷装置情報）とに基づいて、空調出力計画情報（上限温度、下限温度、目標温度、制御時間、放電リミット値）を作成し、作成した出力計画情報に基づいて空調装置５２を制御する。一方、空調装置５２は、車室内温度、車外温度、設定温度、消費電力量の情報を空調出力計画作成・実行部５０１に与える。

＜動作＞
次に、図７および８を用いて、空調出力計画作成・実行部５０１の具体的な動作について説明する。

図７は、車両電力管理装置１における空調出力計画作成・実行処理を説明するフローチャートであり、図８は、空調出力計画に基づく空調出力制御方法を説明するタイミングチャートである。なお、図８においては、車両の速度の時間変化を示すタイミングチャート、駆動装置５の消費電力の時間変化を示すタイミングチャート、発電装置６での発電電力の時間変化を示すタイミングチャート、電気負荷装置群１０での消費電力の時間変化を示すタイミングチャート、高圧蓄電装置７の充電率の時間変化を示すタイミングチャート、空調装置５２の消費電力の時間変化を示すタイミングチャート、高圧蓄電装置７での入出力電力の時間変化を示すタイミングチャートおよび車室内温度の時間変化を示すタイミングチャートを示している。

図７においては、図２を用いて説明した電力変換出力計画作成・実行部３０１での電力変換出力計画の作成方法における、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の代わりに、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４を実行する構成となっている。以下、ステップＳ２０２〜Ｓ２０４の処理フローについて説明する。

まず、実施の形態１のステップＳ１０２と同様に、駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３は、通知された走行経路情報に基づいて、それぞれ駆動消費電力、発電電力および電気負荷消費電力を予測し、その結果を空調出力計画作成・実行部５０１に通知する（ステップＳ２０２）。

その後、空調出力計画作成・実行部５０１は、通知された予測結果に基づいて空調出力計画情報（上限温度、下限温度、目標温度、制御時間、放電リミット値）を作成した場合は、当該情報を空調装置５２に通知する（ステップＳ２０３）。

一方、ステップＳ２０３で空調出力計画作成・実行部５０１が空調出力計画情報を作成できない場合は、計画を作成できない旨(計画作成不可情報)を空調装置５２に通知し、一連の処理を終了する（Ｓ２０４）。一方、空調出力計画情報を作成できた場合は、ステップＳ２０３以下の処理を繰り返す（ステップＳ２０４）。

空調装置５２は、空調出力計画作成・実行部５０１から空調出力計画情報を通知された場合、入力された空調出力計画情報に従って空調出力を行い、計画を作成できない旨(計画作成不可情報)を通知された場合は所定の動作（空調装置５２自身が本来有している空調動作）を行う。

ここで、実施の形態４に係る空調出力計画情報の作成方法について説明する。実施の形態１と同様に、車両位置検出装置３から車両位置情報入力部１０２に対して車両位置情報が入力され、車両速度検出装置４から車両速度情報入力部１０３に対して車両速度情報が周期的に入力されているものとし、空調出力計画作成・実行部５０１は、車両位置情報入力部１０２および車両速度情報入力部１０３のそれぞれから、車両の位置および速度の情報を随時取得できるものとする。

同様に、発電装置６から発電装置情報入力部４０１に対して、発電時の電流値が入力され、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置９からは、蓄電装置情報入力部４０２に対して、それぞれのＳＯＣ７（ｔ）およびＳＯＣ９（ｔ）と、電流入出力値Ｉ７（ｔ）およびＩ９（ｔ）が入力される。

また、空調出力計画作成・実行部５０１は、空調装置５２から車室内温度、車外温度、設定温度、消費電力量を周期的または値の変更時に取得できるものとする。また、空調出力計画作成・実行部５０１は、発電装置情報入力部４０１、蓄電装置情報入力部４０２および電気負荷装置情報入力部４０３から、それぞれ、発電装置６の発電タイミングと発電電流値、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置９のＳＯＣと流入出電流値、および電気負荷装置群１０の総消費電流値を取得できるものとする。

また、空調出力計画作成・実行部５０１は、空調装置５２対して空調出力計画情報（上限温度、下限温度、目標温度、制御時間、放電リミット値）を出力するものとし、空調装置５２は空調出力計画作成・実行部５０１に対して車室内温度または車外温度を出力できるものとする。

また、高圧蓄電装置７の定格出力をＰ７Ｍａｘとし、この値は空調出力計画作成・実行部５０１が予め持っているものとする。

ここで、ステップＳ２０２で予測された発電電力をＰ１（ｔ）、駆動消費電力をＰ２（ｔ）、電気負荷消費電力をＰ３（ｔ）として発電電力を空調装置で利用する条件および発電電力を空調装置で利用しない条件について説明する。

＜発電電力を空調装置で利用する条件＞
空調出力計画作成・実行部５０１は、例えば図８のような各時刻において、電気負荷消費電力の予測結果Ｐ３（ｔ）と、空調装置５２の消費電力Ｐ４（ｔ）との和が、発電電力の予測結果Ｐ１（ｔ）と同じ値か、またはそれよりも小さい値となる場合には、発電電力の予測結果Ｐ１（ｔ）を高圧蓄電装置７に充電せずに空調装置５２で直接に利用する空調装置５２の出力計画情報を作成する。上記条件は以下の数式（１０）で表される。
Ｐ４（ｔ）＋Ｐ３（ｔ）−Ｐ１（ｔ）≦０・・・（１０）

なお、本実施の形態における発電装置６は車両の減速時の回生ブレーキによる発電を想定しているので、駆動装置５の電力消費と発電装置６の発電は同時に生じないものとする。

＜発電電力を空調装置で利用しない条件＞
一方、上記数式（１０）を満たす場合であっても、高圧蓄電装置７のＳＯＣ７（ｎ）が、ＳＯＣ７の下限値ＳＯＣ７ｍｉｎ以下の場合は、空調装置５２の消費電力Ｐ４（ｔ）を０として発電電力を空調で使わないようにし、高圧蓄電装置７に発電装置６で発電した電力Ｐ１（ｔ）を優先して充電する出力計画情報を作成する。また、この場合、電気負荷消費電力Ｐ３（ｔ）も０としても良いものとすると、上記条件は以下の数式（１１）〜（１３）で表される。
ＳＯＣ７（ｎ）≦ＳＯＣ７ｍｉｎ・・・（１１）
Ｐ１（ｔ）≧０・・・（１２）
Ｐ４（ｔ）＝０（またはＰ４（ｔ）＝０かつＰ３（ｔ）＝０）・・・（１３）

＜空調出力計画情報の説明＞
次に、空調出力計画作成・実行部５０１が作成する空調出力計画情報の内容について説明する。空調出力計画情報は、大きく分けて、温度条件（上限温度、下限温度）および制御条件（目標温度と制御時間）の２つの要素を有している。

＜温度条件の説明＞
上述したように、本実施の形態においては、空調装置５２を使用する場合と、使用しない場合とがあり、一定出力で使用し続けるというものではないため、車室内の温度変化が生じる。

そのため、空調出力計画作成・実行部５０１は、設定温度（例えば、運転手が温度設定ダイアルなどの外部入力装置を介して設定した温度）を基準とした上限温度（例えば設定温度が２０度の場合は２２度）と、下限温度（例えば、設定温度が２０度の場合は１８度）を予め定め、所定時間（例えば、５分間などの予め定めた時間もしくは次に交差点などで車両が停止することが予測されるまでの時間）は、上記温度範囲内（１８度以上〜２２度以下）に車室内温度を維持するように空調装置５２が空調制御（暖房または冷房）を行うように空調出力計画を作成する。

なお、上限温度と下限温度は空調装置５２から取得した設定温度に対して、空調出力計画作成・実行部５０１が予め所定の値Ａ、Ｂを与え、上限温度＝設定温度＋Ａ、下限温度＝設定温度−Ｂとして算出した値を用いても良いし、温度設定ダイアルなどの外部入力装置（例えば、空調装置５２が備える入力装置）を用いて入力された任意の値を用いても良いものとする。

後者の場合（外部入力装置を用いる場合）は、上限温度と下限温度を空調出力計画作成・実行部５０１を介さず空調装置５２が直接に取得可能なため、空調出力計画作成・実行部５０１から上限温度と下限温度を入力する必要がなくなる。

＜制御時間と目標温度の説明＞
次に、図８を用いて、空調出力計画作成・実行部５０１が出力する空調出力計画情報のうち、制御時間と目標温度について説明する。

空調出力計画作成・実行部５０１が作成する空調出力計画は、高圧蓄電装置７の入出力電力Ｐ５（ｔ）のうち、放電電力が、予め定めた一定値（図８の高圧蓄電装置７の入出力電力のタイミングチャートに示される放電リミット電力）以下となるように空調出力が調整されるように作成される。

従って、車両が加速している期間である時刻ｔ１〜ｔ２、および車両が加速し、その後高速走行を維持している期間である時刻ｔ５〜ｔ７では、駆動消費電力Ｐ２（ｔ）が放電リミット電力より大きな値となるため、空調装置の消費電力Ｐ４（ｔ）が小さくなる。

さらに、上述の「発電電力を空調装置で利用しない条件」に基づけば、高圧蓄電装置７のＳＯＣ７（ｎ）が、ＳＯＣ７の下限値ＳＯＣ７ｍｉｎ以下の場合は、空調装置５２の消費電力Ｐ４（ｔ）を０とするので、図８の高圧蓄電装置の充電率を示すタイミングチャートにおいて、高圧蓄電装置７のＳＯＣ７（ｎ）が下限値ＳＯＣ７ｍｉｎ以下となる時刻ｔ７〜ｔ８における発電電力Ｐ１（ｔ)は、高圧蓄電装置７への充電電力として利用される。

このため、時刻ｔ５〜８では空調出力（空調装置の消費電力Ｐ４（ｔ）に略等しい）が、設定温度を維持するのに必要な電力（図８の空調装置の消費電力のタイミングチャートに示される推奨空調電力）より小さくなるので、図８の車室内の温度のタイミングチャートに示されるように、車室内の温度を維持できずに車室内温度は減少し続ける。

なお、上述の車室内を空調装置５２の設定温度で維持すために必要な電力（推奨空調電力）は、後述する車室内の温度変化ΔＴｍｐ＝０となる空調出力Ｑair[Ｊ]と同意であり、後述する方法を用いて空調出力計画作成・実行部５０１で算出されるものである。

なお、空調装置５２が車室内の温度変化ΔＴｍｐ＝０となる空調出力Ｑair[Ｊ]（推奨空調電力と等価）を計算する機能を持つ場合は、空調出力計画作成・実行部５０１は空調装置５２から推奨空調電力を取得する構成とすれば良い。

上記のような空調出力を実現するように、空調出力計画作成・実行部５０１は時刻ｔ１〜ｔ５の期間で車室内温度が上限温度に達するように空調出力計画を作成することで、時刻ｔ５において車室内温度が上限温度に達し、以降の時刻ｔ５〜ｔ８の期間では、上述した温度条件（１８度以上〜２２度以下）を満たすこととなる。

この場合、空調出力計画作成・実行部５０１は、時刻ｔ１〜ｔ５の期間を「制御時間」として、時刻ｔ５における温度（上限温度）を「目標温度」として空調出力計画情報を作成し、空調装置５２に通知する。

＜空調装置５２における空調出力制御の方法＞
次に、空調装置５２における空調出力制御方法について図８を用いて説明する。なお、空調装置５２は、空調出力計画作成・実行部５０１または高圧蓄電装置７から高圧蓄電装置７の入出力電力Ｐ５（ｔ）を取得することができるものとする。

また、空調装置５２は、高圧蓄電装置７の放電電力が予め定めた一定値（放電リミット電力）以下となるように出力を制御するものとし、この放電リミット電力は空調出力計画作成・実行部５０１から空調装置５２に空調出力計画情報として任意のタイミングで通知される。

このような構成を採ることで、空調装置５２は、図８の時刻ｔ４〜ｔ５の期間（車両が停車中の期間を含む）においては、高圧蓄電装置７の放電電力が小さい（放電リミット電力未満）ため、空調出力を大きくする。一方、図８の時刻ｔ２〜ｔ３の期間においては、高圧蓄電装置７の放電電力が比較的大きい（例えば、時刻ｔ４〜ｔ５の期間に比べて）ので、空調出力を小さくする。

また、空調装置５２は、図８の時刻ｔ１〜ｔ２の期間（車両が加速中の期間を含む）においては、高圧蓄電装置７の放電電力が放電リミット電力を超えないようにするため、空調出力を推奨空調電力以下に保つ。

また、図８の時刻ｔ３〜ｔ４の期間（車両が減速中の期間を含む）においては、回生モーターなどの発電装置６による発電が行われるが、この期間は高圧蓄電装置７のＳＯＣ７（ｎ）が下限値ＳＯＣ７ｍｉｎを超えおり、かつ上述した数式（１０）も満たしているので、発電装置６で発電した発電電力は、全て空調装置５２で消費し、高圧蓄電装置７には充電しない。このため、空調出力は最大値（ピーク）に達する。

一方、図８の時刻ｔ７〜ｔ８の期間（車両が減速中の期間を含む）においては、回生モーターなどの発電装置６による発電が行われるが、この期間は高圧蓄電装置７のＳＯＣ７（ｎ）が下限値ＳＯＣ７ｍｉｎ以下となるので、発電装置６で発電した発電電力は空調装置５２では消費せず、全て高圧蓄電装置７に充電する。また、この場合は、空調装置５２の消費電力Ｐ４（ｔ）を０とする。

以上説明した制御により、高圧蓄電装置７からの放電電力の最大値（ピーク）を抑制することで、放電時の電流値を抑制し、ジュール熱など放電時に生じる電力損失を低減することができる。

また、回生モーターでの発電電力などを空調装置で直接利用することで、高圧蓄電装置７に蓄電して利用する量を減らすことができるため、高圧蓄電装置７に充電し放電するという動作を削減して、充放電の際に生じる電力損失も低減できる。

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態４に係る車両用電力管理システムにおいては、空調装置５２が、空調出力計画作成・実行部５０１から与えられる空調出力計画情報に基づいて、高圧蓄電装置７の放電電力が予め定めた一定値（放電リミット電力）以下となるように空調出力を制御することで、高圧蓄電装置７の放電時の電流値を抑制し、放電時における電力損失量が低減され、車両の航続距離を延長できる。

また、高圧蓄電装置７を介さず発電装置６で発電した電力を空調装置５２で直接に利用することにより、発電した電力を一旦、高圧蓄電装置７に充電し、高圧蓄電装置７から放電させて空調装置５２で使用する場合と比較して、充放電時に生じる電力損失が低減され、車両の航続距離を延長できる。

なお、本実施の形態においては、空調出力計画作成・実行部５０１は時刻ｔ＝ｎにおける車室内温度を計算できることを前提としている。

具体的には車両の熱容量をＣ[Ｊ/Ｋ]とした場合、時刻ｔにおける空調装置５２の車室内に出力する熱量Ｑair[Ｊ]と、時刻ｔにおける車室内から車外への放熱または流入熱量をＱescape[Ｊ]（車内への放熱を正の値、車外への吸熱を負の値）とすると、熱エネルギーが一様に分散していると仮定した場合、車室内の温度変化ΔＴｍｐは以下の数式（１４）で表される。
ΔＴｍｐ＝（Ｑair[Ｊ]−Ｑescape[Ｊ]）÷Ｃ [Ｋ]・・・（１４）

なお、熱量Ｑair[Ｊ]は空調装置５２のスペックから既知の値であり、空調装置５２の消費電力Ｐ４（ｔ）から一意に決まる値である。

また、車室内から車外への放熱または流入熱量Ｑescape[Ｊ]は、車室内温度Tmp_indoorと車外温度Tmp_outdoor[Ｋ]とした場合、車両の熱伝導率λ[Ｗ/(ｍ・Ｋ)]と表面積Ｓ[ｍ^２]、車体の平均厚さＤ[ｍ]から、以下の数式（１５）で表される。
Ｑescape＝｛λ・（Tmp_indoor−Tmp_outdoor）・Ｓ｝／Ｄ[Ｊ]・・・（１５）

なお、空調出力計画作成・実行部５０１は、車室内温度Tmp_indoorと車外温度Tmp_outdoorは空調装置５２から取得することができる。

＜実施の形態５＞
以上説明した実施の形態４においては、空調出力計画・実行部５０１が空調装置５２の出力と出力タイミングを制御することで高圧蓄電装置７の充放電時に発生する電力損失を低減する構成を採っていたが、空調装置５２として、例えば、温水ヒータなどのように装置内に熱エネルギーを蓄積し、蓄積した熱エネルギーを放出する機構を持つ機器を利用する場合には対応していない。

本実施の形態５においては、空調装置５２が、内部に熱エネルギーを蓄積し放熱可能な機器である場合の車両用電力管理システム２００における空調出力制御方法について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態５における空調出力制御方法を説明するタイミングチャートであり、図８に対応する図であるが、本実施の形態の特徴を端的に説明するため、車両の速度の時間変化を示すタイミングチャート、空調装置５２の消費電力の時間変化を示すタイミングチャート、空調装置５２の蓄熱エネルギーの時間変化を示すタイミングチャートおよび車室内温度の時間変化を示すタイミングチャートのみを示している。

装置構成は、図６に示した車両用電力管理システム２００と同じであるが、空調装置５２が熱エネルギーQstore（ｔ）を蓄積することができる機器であるという点が異なっている。

具体的には、空調装置５２は、温水式ヒータなど、電熱ヒータで媒体（ここでは水）を沸かして温水にし、温水からの放熱により車室内を暖房するような機器である。

このような構成を採ることで、図９に示すように、時刻ｔ４になると空調装置５２への電力供給（ここでは温水を作るための電力）を停止し、時刻ｔ４から目的地到着時刻である時刻ｔ８までは、時刻ｔ１〜ｔ４の期間で暖めた温水の蓄熱エネルギーを車室内に放熱することで、時刻ｔ４から目的地到着時刻である時刻ｔ８までは、空調装置５２で電力を殆ど消費することなく、車室内温度を上限温度と下限温度の間に維持でき、空調装置５２での電力消費を低減できる。

次に、具体的な蓄熱エネルギーの計算方法と車室内への放熱方法について説明する。温水の熱エネルギーQstore（ｔ）は、温水の重量Ｍ[ｇ]、比熱ρ[Ｊ／ｇ・ｋ]、温水の温度Tmp_water（ｔ）[Ｋ]から以下の数式（１６）で表される。
Qstore（ｔ）＝ρ・Ｍ・Tmp_water（ｔ）[Ｊ]・・・（１６）

ここで、温水の温度Tmp_water（ｔ）は、時刻ｔにおける温水の温度であり、空調出力計画・実行部５０１は空調装置５２から取得できる。また、温水の重量Ｍ[ｇ]、比熱ρ[Ｊ／ｇ・ｋ]は空調装置５２のスペックなどから予め既知の値として取得できる。実際には、ヒータコアと呼ばれる車室内の空気と面した部分の温度と温水の温度とは異なるが、ここでは説明を簡略化するために同じものとして扱う。

＜蓄熱エネルギーの放熱条件＞
温水から車室内への放熱が有効なタイミングは、車室内温度Tmp_indoorが温水の温度Tmp_water（ｔ）より小さい場合に可能であり、車室内への放熱条件は以下の数式（１７）で表される。
Tmp_indoor＜Tmp_water（ｔ）・・・（１７）

＜蓄熱エネルギーの放熱の方法＞
蓄熱エネルギーを放熱するには、空調装置５２において、温水を温めるヒータへの電力供給を停止し、放熱ファンのみを回して車室内へ暖気の送風を行う。

＜蓄熱エネルギーの放熱タイミングの決定方法＞
次に、空調出力計画・実行部５０１が蓄熱エネルギーの放熱を開始する時刻を決定する方法について説明する。

具体的には、上述した蓄熱エネルギーの放熱条件（数式（１７））を満たし、かつ、目的地到着時刻まで所定時間以内である場合とする。

ここで、空調装置５２は、空調出力計画・実行部５０１から目的地到着時刻（車両経路情報生成装置２から事前に取得しているもの）を取得し、車室内温度Tmp_indoorと車外温度Tmp_outdoor[Ｋ]は実施の形態４と同様に空調装置５２が取得できるものとする。

空調装置５２は、車室内外の温度差ΔＴ（Tmp_indoor−Tmp_outdoor）の値に応じた、蓄熱エネルギーを放熱し続けられる時間（放熱時間Temit）を算出するための放熱係数ΔＱ[Ｊ／ｓ]の情報を予め持っているものとし、以下の数式（１８）により放熱時間Temitを計算する。
Temit＝Qstore（ｔ）÷ΔＱ・・・（１８）

なお、車室内外の温度差ΔＴ（[Ｋ]）と放熱係数ΔＱとの関係は、以下の表１のように表される。

上記表１より、車室内外の温度差ΔＴが大きくなるにつれて放熱係数ΔＱが大きくなる。なお、本実施の形態での放熱係数ΔＱは、実験値などから得られた車両の単位時間当たりの放熱エネルギー量と相関した値であるが、実施の形態４で説明した車室内から車外への放熱または流入熱量Ｑescape[Ｊ]のように計算により求めても良い。

以上説明したように、空調装置５２は目的地到着時刻よりも放熱時間Temit（所定時間）前に放熱を開始することで、蓄熱エネルギーを用いて車室内の空調（暖房または冷房）を行うことができる。

なお、上記説明においては空調装置５２が暖房を行う場合を説明したが、蓄熱エネルギーとして融解潜熱を用いて冷房を行う場合にも同様に対応できる。

すなわち、温水の代わりに蓄冷剤（冷水など）を用いる場合、蓄熱エネルギーの放熱条件は以下の数式（１９）で表され、数式（１７）とは反対になるが、蓄熱エネルギーの放熱タイミングの決定方法などは暖房の場合と同じである。
Tmp_indoor＞Tmp_water（ｔ）・・・（１９）

＜効果＞
以上説明したように、実施の形態５に係る車両用電力管理システムにおいては、空調装置５２が内部に蓄積した熱エネルギーを目的地到着時刻前に車室内に放熱し、目的地到着時刻の所定時間前から空調装置５２で消費する電力を低減するので、車両の航続距離が延長できる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

本発明は、車両における電気負荷駆動用の電力を管理するための車両電力管理装置に関する。

このような技術として、例えば、特許文献１には、走行中の車両の電力需給状況（電気負荷の総消費電力量と発電コストと蓄電コスト）から電力の時価（電価）を計算し、車両に搭載されている各種電気負荷に通知する車両用電力管理システムが開示されている。

本発明に係る車両電力管理装置は、車両の走行経路を生成する車両経路情報生成装置と、電力を消費して前記車両を駆動する駆動装置と、発電装置と、複数の電気負荷と、前記車両の駆動用の電力を蓄積する第１の蓄電装置と、前記複数の電気負荷の動作のための電力を蓄積する第２の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置に蓄積された電力を電圧変換し、前記複数の電気負荷の動作のための直流電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置とを管理対象とし、前記車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置であって、前記第２の蓄電装置の充填率が、充放電速度が所定値以上となる下限値および上限値の間の値となるように前記直流電圧変換・出力装置の出力制御を行う。

本発明に係る車両電力管理装置によれば、第２の蓄電装置を高効率（短時間）で充電できるように第２の蓄電装置の蓄電状態を制御することができる。

車両電力管理装置１は、情報入力部として、車両経路情報生成装置２が出力する走行経路情報が入力される走行経路情報入力部１０１と、車両位置検出装置３が出力する車両位置情報が入力される車両位置情報入力部１０２と、車両速度検出装置４が出力する車両速度情報が入力される車両速度情報入力部１０３とを備えている。

また、車両電力管理装置１は、予測部として、駆動装置５で消費する駆動消費電力を走行経路情報に基づいて予測する駆動消費電力パターン予測部２０１と、発電装置６で発電する発電電力を走行経路情報に基づいて予測する発電パターン予測部２０２と、電気負荷装置群１０で消費する電気負荷消費電力を走行経路情報に基づいて予測する電気負荷消費電力パターン予測部２０３とを備えている。

また、車両電力管理装置１は、装置情報入力部として、発電装置６の発電状態（発電の有無、発電電流・電圧）を検出し、発電装置情報として出力する発電装置情報入力部４０１と、高圧蓄電装置７および低圧蓄電装置９の蓄電状態（ＳＯＣ：State Of Chargeの値および入出力電流・電圧の値）を検出し、蓄電装置情報として出力する蓄電装置情報入力部４０２と、電気負荷装置１０群の総電力消費電流値を検出し電気負荷装置情報として出力する電気負荷装置情報入力部４０３とを備えている。

そして、車両電力管理装置１は、上述した各予測部での予測結果（駆動消費電力、発電、電気負荷消費電力）と、装置情報入力部から出力される各装置情報（発電装置情報、蓄電装置情報、電気負荷装置情報）とに基づいて、高圧蓄電装置７における電力損失（Ｌ７（ｔ））と、低圧蓄電装置９の電力損失（Ｌ９（ｔ））と、直流電圧変換・出力装置８の電力損失（Ｌ８（ｔ））の総和が最小になるように直流電圧変換・出力装置８の出力計画（制御計画）を作成し、作成した出力計画に基づいて直流電圧変換・出力装置８を制御する電力変換出力計画作成・実行部３０１を備えている。なお、Ｌ７（ｔ）、Ｌ８（ｔ）およびＬ９（ｔ）は、時刻ｔでの電力損失を表す。

車両経路情報生成装置２における走行経路情報の作成と車両電力管理装置１への入力は、走行開始前に１度だけ入力するようにしても良いし、走行中に任意のタイミング（走行する可能性が高い経路ＭＰＰまたは目的地までの経路内容の更新時、所定時間経過時、車両が所定距離走行した時）で行っても良い。なお、車両電力管理装置１は車両経路情報生成装置２から入力された最新の走行経路情報を利用するものとする。

次に、車両電力管理装置１の走行経路情報入力部１０１は、入力された走行経路情報を駆動消費電力パターン予測部２０１、発電パターン予測部２０２および電気負荷消費電力パターン予測部２０３のそれぞれに通知する（ステップＳ１０１）。

ここで、Ｖ８offsetはＳＯＣ０％時の低圧蓄電装置９の電圧であり、実験値や低圧蓄電装置８のスペックシートなどから求められる値である。

なお、係数αは、低圧蓄電装置９の電圧差に対するＳＯＣ値の割合であり、実験値や低圧蓄電装置８のスペックシートなどから求められる値である。

すなわち、蓄電装置（蓄電池）は内部抵抗Ｒを持ち、充電（電流入力）、放電（電流出力）の際にＲ×Ｉ ^２ （電流値の自乗）の電力損失が発生する。この電力損失を低減することで車両の航続距離を延長することができる。

このＳＯＣ９ａおよびＳＯＣ９ｂは、低圧蓄電装置９においてそれぞれ実験値や低圧蓄電装置９のスペックシートなどから求められる値であり、低圧蓄電装置９の性能（蓄電可能な容量など）が劣化せず、充放電効率の良い（充放電速度が所定値以上）となる下限および上限を示す値である。

ここで、時刻ｔ＝ｎ−１における低圧蓄電装置９のＳＯＣをＳＯＣ９（ｎ−１）とした場合、時刻ｔ＝ｎにおける低圧蓄電装置９のＳＯＣ９（ｎ）は、以下の数式（７）で定義する。

＜実施の形態３＞
次に本発明に係る実施の形態３の車両用電力管理システムについて説明する。なお、図１に示した車両用電力管理システム１００の構成は、実施の形態３の車両用電力管理システムにおいても同じであり、実施の形態１の説明に用いた図１および図３は、本実施の形態３の説明においても使用する。

＜実施の形態４＞
次に本発明に係る実施の形態４の車両用電力管理システムについて説明する。実施の形態１〜３の車両用電力管理システムにおいては、低圧蓄電装置９を電源とする電気負荷装置群１０を電力変換出力計画作成・実行部３０１により制御する構成について説明したが、電気負荷としては、図１に示したように、高圧蓄電装置７を電源とする高電源電圧系電気負荷装置（駆動装置５は除く）として空調装置５２が挙げられる。

実施の形態４における車両用電力管理システム２００は、図１に示した車両用電力管理システム１００における電力変換出力計画作成・実行部３０１の代わりに空調出力計画作成・実行部５０１を備え、空調出力計画作成・実行部５０１より与えられた空調出力計画情報（上限温度、下限温度、目標温度、制御時間）に従って車室内の温度を調整する空調装置５２をさらに備えている。なお、上記では電力変換出力計画作成・実行部３０１の代わりに空調出力計画作成・実行部５０１を備えた構成として説明したが、電力変換出力計画作成・実行部３０１も備えた構成としても良い。すなわち、電力変換出力計画作成・実行部３０１と空調出力計画作成・実行部５０１とを備えたシステムを構成しても良い。

＜実施の形態５＞
以上説明した実施の形態４においては、空調出力計画作成・実行部５０１が空調装置５２の出力と出力タイミングを制御することで高圧蓄電装置７の充放電時に発生する電力損失を低減する構成を採っていたが、空調装置５２として、例えば、温水ヒータなどのように装置内に熱エネルギーを蓄積し、蓄積した熱エネルギーを放出する機構を持つ機器を利用する場合には対応していない。

ここで、温水の温度Tmp_water（ｔ）は、時刻ｔにおける温水の温度であり、空調出力計画作成・実行部５０１は空調装置５２から取得できる。また、温水の重量Ｍ[ｇ]、比熱ρ[Ｊ／ｇ・ｋ]は空調装置５２のスペックなどから予め既知の値として取得できる。実際には、ヒータコアと呼ばれる車室内の空気と面した部分の温度と温水の温度とは異なるが、ここでは説明を簡略化するために同じものとして扱う。

＜蓄熱エネルギーの放熱タイミングの決定方法＞
次に、空調出力計画作成・実行部５０１が蓄熱エネルギーの放熱を開始する時刻を決定する方法について説明する。

ここで、空調装置５２は、空調出力計画作成・実行部５０１から目的地到着時刻（車両経路情報生成装置２から事前に取得しているもの）を取得し、車室内温度Tmp_indoorと車外温度Tmp_outdoor[Ｋ]は実施の形態４と同様に空調装置５２が取得できるものとする。

本発明に係る車両電力管理装置は、車両の走行経路を生成する車両経路情報生成装置と、電力を消費して前記車両を駆動する駆動装置と、発電装置と、複数の電気負荷と、前記車両の駆動用の電力を蓄積する第１の蓄電装置と、前記複数の電気負荷の動作のための電力を蓄積する第２の蓄電装置と、前記第１の蓄電装置に蓄積された電力を電圧変換し、前記複数の電気負荷の動作のための直流電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置とを管理対象とし、前記車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置であって、前記第２の蓄電装置の充填率が、充放電速度が所定値以上となる下限値および上限値の間の値となるように前記直流電圧変換・出力装置の出力制御を行うと共に、前記第１の蓄電装置から電力を供給され、該電力により発生する熱エネルギーを蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーにより空調を行う空調装置をさらに管理対象とし、前記車両経路情報生成装置から取得した目的地到着時刻より所定時間前に前記空調装置への前記第１の蓄電装置から電力供給を停止し、前記空調装置に蓄熱した熱エネルギーの放熱を開始するように空調出力計画を作成する。

Claims (9)

1. 車両の電力を管理する車両用電力管理システムであって、
   前記車両の電気エネルギーの流れを制御する車両電力管理装置と、
   前記車両の走行経路を生成する車両経路情報生成装置と、
   電力を消費して前記車両を駆動する駆動装置と、
   発電装置と、
   複数の電気負荷と、
   前記車両の駆動用の電力を蓄積する第１の蓄電装置と、
   前記複数の電気負荷の動作のための電力を蓄積する第２の蓄電装置と、
   前記第１の蓄電装置に蓄積された電力を電圧変換し、前記複数の電気負荷の動作のための直流電圧を生成して出力する直流電圧変換・出力装置と、を備え、
   前記車両電力管理装置は、
   前記車両経路情報生成装置で生成した前記走行経路に基づいて、前記駆動装置が消費する駆動消費電力を予測する駆動消費電力パターン予測部と、
   前記発電装置が発電する発電電力を予測する発電電力パターン予測部と、
   前記複数の電気負荷で消費する電気負荷消費電力を予測する電気負荷消費電力パターン予測部と、を有し、
   前記車両電力管理装置は、
   前記駆動消費電力パターン予測部で予測される前記駆動消費電力が増加する場合には、前記直流電圧変換・出力装置を停止し、前記第１の蓄電装置から前記複数の電気負荷への電力供給を停止する、車両用電力管理システム。
2. 前記車両電力管理装置は、
   前記駆動消費電力パターン予測部で予測された前記駆動消費電力と、電気負荷消費電力パターン予測部で予測された前記電気負荷消費電力との合計電力と、前記発電電力パターン予測部で予測された前記発電電力との差の電力が、前記第１の蓄電装置の定格出力に基づいて設定された閾値よりも大きくなる場合に、前記直流電圧変換・出力装置を停止する、請求項１記載の車両用電力管理システム。
3. 前記車両電力管理装置は、
   前記第２の蓄電装置の充填率が、充放電速度が所定値以上となる下限値および上限値の間の値となるように前記直流電圧変換・出力装置の出力制御を行う、請求項１記載の車両用電力管理システム。
4. 前記車両電力管理装置は、
   前記直流電圧変換・出力装置の電力変換効率が最も高い値となる電流値を出力するように前記直流電圧変換・出力装置の出力制御を行う、請求項１記載の車両用電力管理システム。
5. 前記車両電力管理装置は、
   前記直流電圧変換・出力装置の電力変換効率が最も高い第１の値となる第１の電流値と、前記第１の値よりも所定値分低い第２の値となる第２の電流値との間の電流値を出力するように前記直流電圧変換・出力装置の出力制御を行う、請求項１記載の車両用電力管理システム。
6. 前記車両用電力管理システムは、
   前記第１の蓄電装置から電力を供給される空調装置をさらに備え、
   前記車両電力管理装置は、
   前記駆動消費電力パターン予測部で予測される前記駆動消費電力、前記発電電力パターン予測部で予測される前記発電電力、前記電気負荷消費電力パターン予測部で予測される前記電気負荷消費電力に基づいて、
   前記第１の蓄電装置の放電電力が予め定めた閾値以下となるように前記空調装置が空調出力を調整すると共に、所定の条件下では、前記発電電力を前記空調装置で直接に利用するように空調出力計画を作成する、請求項１記載の車両用電力管理システム。
7. 前記所定の条件は、
   前記空調装置の消費電力と、前記電気負荷消費電力との合計電力が、前記発電電力以下であり、かつ、前記第１の蓄電装置の蓄電状態が、予め定めた下限値を超える場合である、請求項６記載の車両用電力管理システム。
8. 前記車両用電力管理システムは、
   前記第１の蓄電装置から電力を供給され、該電力により発生する熱エネルギーを蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーにより空調を行う空調装置をさらに備え、
   前記車両電力管理装置は、
   前記車両経路情報生成装置から取得した目的地到着時刻より所定時間前に前記空調装置への前記第１の蓄電装置から電力供給を停止し、前記空調装置に蓄熱した熱エネルギーの放熱を開始するように空調出力計画を作成する、請求項１記載の車両用電力管理システム。
9. 前記所定時間は、
   前記空調装置に蓄熱した前記熱エネルギーを放熱し続けられる時間により規定される、請求項８記載の車両用電力管理システム。

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