JP2010006093A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】追加バッテリ搭載を適切に示唆する。
【解決手段】モータを優先して使用するモードでの走行中における、エンジン起動回数を記憶する(S11)。このエンジン起動の頻度が所定より高い場合(S12,13)に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う(S14)。
【選択図】図5
【解決手段】モータを優先して使用するモードでの走行中における、エンジン起動回数を記憶する(S11)。このエンジン起動の頻度が所定より高い場合(S12,13)に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う(S14)。
【選択図】図5
Description
本発明は、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置に関する。
従来、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両の中には、商用電源からバッテリの充電が可能なものもある。
このようなハイブリッド車両において、バッテリからの電力で走行する場合には、そのバッテリの容量により走行性能が制限される。例えば、走行距離はバッテリの容量が大きいほど長くでき、またバッテリ電圧が高いほどモータ出力を大きくできる。
そこで、搭載するバッテリの数をユーザによって、選択することも提案されている。例えば、特許文献1では、ユーザの走行距離需要に応じて搭載するバッテリの数を調整可能とすることが記載されている。
ここで、バッテリの搭載数が変更できる場合には、その個数を適切なものにしたいという要求がある。
本発明は、モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置であって、モータを優先して使用するモードでの走行中において、エンジン起動の頻度が所定より高い場合に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う表示手段を有することを特徴とする。
また、前記エンジン起動は、出力トルクを大きくすることに起因していることが好適である。
また、前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに直列接続すること示唆する表示を行うことが好適である。
また、前記エンジン起動は、バッテリの充電状態の低下に起因していることが好適である。
また、前記バッテリの充電状態の低下は、満充電状態からの走行中であることが好適である。
また、前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに並列接続すること示唆する表示を行うことが好適である。
本発明によれば、追加バッテリが必要な場合にその示唆の表示が行われる。従って、バッテリの個数を容易に適切な個数にできる。
図1は、電動車両の要部構成を示すブロック図である。基準バッテリ10は、車両に標準装備として搭載されるバッテリである。この基準バッテリには、主コンバータ12が接続されている。この主コンバータ12は、200〜300V程度の基準バッテリ10の出力電圧を、400V程度まで昇圧する。なお、この主コンバータ12の出力電圧は、変更することが可能になっている。
主コンバータ12の出力側には、コンデンサ14が接続されており、出力電圧を安定化させている。そして、コンデンサ14が接続されている主コンバータ12の出力がインバータ16の入力側に接続されている。このインバータ16は、入力されてくる直流電力を所定の交流電流に変換する。インバータ16の出力は、モータ18に供給され、モータ18が駆動される。なお、この例では、モータ18は三相の永久磁石モータであり、u,v,wの三相のモータ駆動電流がインバータ16から出力される。
モータ18の出力軸には、動力伝達機構20を介し車輪が接続され、モータ18の出力によって車輪を駆動して車両が走行する。また、動力伝達機構20には、エンジン22も接続されており、このエンジン22の駆動力によって車輪を駆動できるとともに、モータ18を発電機として駆動し、発電電力によって基準バッテリ10を充電することもできる。さらに、車輪からの駆動力によってモータ18を発電機として動作させる回生動作も可能になっている。
基準バッテリ10の主コンバータ12に至る線路には、電流計38が配置されており、主バッテリ10の充放電電流が計測される。電流計38の出力はSOC検出部40に供給され、SOC検出部40は、基準バッテリ10の充放電電流から基準バッテリ10の充電状態(SOC)を検出する。なお、基準バッテリ10のSOCの検出は、充放電電流の積算ではなく、それらの電圧から起電圧を測定してSOCを検出するなど他の手段によってもよい。
SOC検出部40からの基準バッテリ10のSOCは、制御部42に供給される。制御部42には、アクセル踏み込み量に応じた出力トルクについての信号など各種信号が供給されており、制御部42は供給される信号に基づいて主コンバータ12、インバータ16の動作を制御する。また、制御部42には、表示部44が接続されており、この表示部44に各種表示が行われる。この例では、特に基準バッテリ10とモータ18の電力のやり取りについてのエネルギーフロー表示が行われる。また、制御部42には、記憶部50が接続されており、必要な走行履歴などが記憶される。例えば、電気自動車としての走行中において、エンジン22が起動された回数などがここに記憶される。なお、車両の各種走行状態について、ナビゲーション装置などの記憶部に記憶する場合には、そのナビゲーション装置などの記憶部に走行履歴の1つとしてエンジンの起動タイミングを他の機器の状態とともに記憶しておくことも好適である。
次に、制御部42の動作について、説明する。なお、ここでは、モータ18により電気自動車として走行する場合についてのみ説明する。アクセル開度、走行スピードなどが制御部42に供給されると、制御部42はこれらの信号からモータ18の出力トルクを決定し、モータ回転数を考慮して、インバータ16のスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号によってインバータ16からモータ18に供給する電流を制御する。これによって、モータ18の出力トルクが制御される。通常は、インバータ16の各スイッチングトランジスタをPWM制御することによって、モータ18への電流量制御が行われる。
さらに、本実施形態では、その時の出力トルクなどによって、インバータ16の入力電圧を制御する。すなわち、出力トルクが大きいときには、インバータ入力電圧を高くすることで、モータ18への印加電圧を大きくして、鉄損を少なくする。一方、出力トルクが小さいときには、インバータ入力電圧を小さくして、インバータのスイッチングトランジスタにおける損失を減少する。そこで、主コンバータ12における動作を制御して、主コンバータ12の出力電圧が目標とするインバータ入力電圧になるようにする。
また、本車両は、オプションとして追加バッテリが搭載可能になっている。図2には、追加バッテリ30が追加された例が示されている。特に、追加バッテリ30とともに、副コンバータ36を追加している。
追加バッテリ30は、副コンバータ36に接続され、副コンバータ36の出力が主コンバータ12の出力に接続されており、主コンバータ12の出力と、副コンバータ36の出力がインバータ16に供給される。なお、追加バッテリ30の電流経路には、電流計38が設けられており、追加バッテリ30の充放電電流がSOC検出部40に供給される。
このように、追加バッテリ30は、基準バッテリ10に対し並列に接続されている。従って、システムとしては、バッテリ容量が大きくなっており、このような追加バッテリ30の追加形式のバッテリは容量型バッテリと呼ばれる。容量型バッテリでは、追加バッテリ30の追加によって、連続走行可能距離が長くなる。
ここで、図2の2つのコンバータを有するシステムにおいて、主コンバータ12は、その出力電圧を目標値に一致させるように動作する電圧制御型、副コンバータ36は出力の電流量を制御する電流制御型として機能する。従って、主コンバータ12によってインバータ入力電圧が決定され、モータ出力に対し、どのような割合で電力出力を分担するかが副コンバータ36によって決定される。
特に、モータ18の出力トルクは、その入力電力によって決定される。そこで、モータ入力電力を主コンバータ12からの出力電力と、副コンバータ36からの出力電力とで分配する。このため、副コンバータ36は、その出力電流が目標値になるように、制御される。
この出力電力の分配は、制御部42がSOC検出部40から供給される各バッテリのSOCに応じて決定する。例えば、追加バッテリ30が副コンバータ36に接続されている状態で、追加バッテリ30のSOCが30%、基準バッテリ10のSOCが60%であれば、両バッテリ10,30のSOCが近づくように、主コンバータ12からの電流量が副コンバータ36からの電流量の2倍になるように副コンバータ36を制御する。
図3には、追加バッテリ30を基準バッテリ10に直列接続した例を示してある。このように構成すると、バッテリ出力電圧が高くなり、高い電圧での電流能力が向上する。従って、モータ18の出力トルクを大きくできる。
この図3の構成では、主コンバータ12への入力電圧が高くなる以外は、図1の構成と同一である。制御部42では、モータ18の出力トルクに応じて、主コンバータ12の出力をより高く設定することができる。
次に、図4には、追加バッテリ30,32、副コンバータ36を追加するとともに、スイッチ46,48を追加した構成を示してある。スイッチ46は、主コンバータ12の負側出力をインバータ16の負側母線と接続するか否かを切り換える。また、スイッチ48は、副コンバータ36の正側出力を、主コンバータ12の正側出力と接続するか、主コンバータ12の負側出力と接続するかを切り換える。図4に破線で示したように、スイッチ46において、主コンバータ12の負側出力をインバータ16の負側母線と接続し、スイッチ48において副コンバータ36の正側出力を主コンバータ12の正側出力に接続した場合には、図2に示した構成と同様の構成となり、基準バッテリ10と追加バッテリ30を容量型バッテリとして利用できる。一方、図4に実線で示したように、スイッチ46において、主コンバータ12の負側出力をインバータ16の負側母線から切り離し、スイッチ48において副コンバータ36の正側出力を主コンバータ12の負側出力に接続した場合には、主コンバータ12の出力と副コンバータ36の出力を直列してインバータ16の正側母線と負側母線に接続することになり、基準バッテリ10と追加バッテリ30を出力型バッテリとして利用できる。
このように、図4の構成においては、追加バッテリ30,32を基準バッテリ10に追加して、容量型として利用することも、出力型として使用することも可能である。なお、容量型は、出力型に比べてエネルギー密度(Wh/kg)が高く、出力型は容量型に比べて出力密度(W/kg)が高いバッテリである。
さらに、図4の構成では、追加バッテリ30に加えて、追加バッテリ32を有しており、スイッチ34によって追加バッテリ30,32を切り換えて副コンバータ36に接続することができる。従って、追加バッテリ30が放電しきった場合に、追加バッテリ32を追加使用することができる。なお、この追加バッテリ30,32を直列接続することも可能である。
このように、追加バッテリ30,32を追加することも可能であるが、この追加バッテリ30,32の必要性については、車両の購入時には必ずしもわからない場合も多い。そのため、車両の購入時においては、標準バッテリ10のみが搭載されている場合も多い。一方、実際の走行において、追加バッテリ30,32の必要性を検出できる。本実施形態おいては、実際の走行において、追加バッテリ30,32が必要か否かを判定し、必要と判定された場合にそれを示唆する表示を行う。
図5には、制御部42における追加バッテリの追加示唆についての処理のフローチャートが示されている。まず、バッテリ10からの電力を優先して使用するEV走行における走行状態を記憶していく(S11)。ここで、EV走行では、通常はバッテリ10からの電力でモータ18を駆動して走行し、エンジン22は駆動しない。しかし、アクセルが大きく踏み込こまれ、モータ出力トルク以上の出力トルクが要求された場合には、エンジン22を駆動して、トルクをアシストする。このために、EV走行であってもエンジン22が起動される。S11では、この出力増大のためのエンジン起動回数を記憶する。
そして、EV走行が所定距離以上かを判定し(S12)、所定以上となった場合には、S11において記憶されている出力増大のためのエンジン起動回数が所定以上であるかを判定する(S13)。例えば、100kmの走行において、起動回数が5回以上かなどの判定を行う。なお、車両を走行可能とするキースイッチのオン(通常、イグニッションスイッチのオンという)からオフまでを1トリップと定義し、10トリップにおいて、5回以上のエンジン起動などを所定値とすることも好適である。ユーザにおいて、エンジン起動頻度が多すぎると考える頻度を判定できれば、他の判断基準でも良い。
S13の判定で、Yesであれば、追加バッテリを直列接続することの示唆を表示部44に表示する(S14)。ここで、出力増大のためのエンジン起動回数が多いということは、バッテリの追加の目的はモータ出力の増大である。そこで、このS14においては、追加バッテリを直列に接続することを示唆する表示がなされる。
図6には、制御部42における追加バッテリの追加示唆についての処理の他の例についてのフローチャートが示されている。この例では、S21において、EV走行状態が記憶されるが、この場合(ii)バッテリ10の充電状態(SOC)が下限値(例えば、20%)に至った場合におけるエンジン起動回数が記憶される。すなわち、バッテリ10のSOCが下限値に達した場合には、エンジン22を駆動して、バッテリ10を充電するので、このSOC低下によるエンジン起動回数が記憶される。なお、EV走行であっても、元々SOCが低い状態から走行を開始した場合には、エンジン22が起動されてもカウントしないようにして、(ii)は、満充電からEV走行してSOCが下限値に至ったときの回数のみをカウントすることが望ましい。
そして、EV走行が所定距離以上かを判定し(S22)、所定以上となった場合には、S21において記憶されたSOC低下に起因する起動回数が所定以上であるかを判定する(S23)。例えば、100kmの走行において、起動回数が5回以上かなどの判定を行う。なお、満充電からの通常EV走行可能距離が20km程度であれば、200km程度の走行で、3回以上程度とするのも好適である。さらに、上述の場合と同様に、車両を走行可能とするキースイッチのオン(通常、イグニッションスイッチのオンという)からオフまでを1トリップと定義し、10トリップにおいて、5回以上のエンジン起動などを所定値とすることも好適である。ユーザにおいて、エンジン起動頻度が多すぎると考える頻度を判定できれば、他の判断基準でも良い。
S23の判定で、Yesであれば、追加バッテリを並列接続することの示唆を表示部44に表示する(S24)。ここで、SOC低下に起因するエンジン起動回数が多いということは、バッテリの追加の目的は、バッテリ満充電時における走行可能距離の増大である。そこで、このS24においては、追加バッテリを並列に接続することを示唆する表示がなされる。
このように、バッテリ追加についての示唆が表示されることで、ユーザは追加バッテリによって現状の問題を解決できることを容易に知ることができ、ディーラにいって必要なバッテリの追加を行うことができる。
また、上述の図5、図6の処理は、並列して行うことが好適である。さらに、s14,24の画面が表示された場合には、その画面を簡単に表示できボタンなどを追加しておき、ディーラにおいて、そのボタンによって、どのような示唆が行われたかを容易に示せるようにすることも好適である。
ここで、図7には、主コンバータ12、インバータ16の内部構成が示されている。主コンバータ12は、コイルL、トランジスタT11,T12、ダイオードD11,D12からなっている。基準バッテリ10の正極にはコイルLの一端が接続され、その他端は、トランジスタT11とトランジスタT12の中間に接続されている。この例ではトランジスタT11,T12はn型のIGBTである。また、トランジスタT11,T12には、これらに並列にダイオードD11,D12がそれぞれ接続されている。トランジスタT11のコレクタは、インバータ16の正側母線に接続され、エミッタがトランジスタT12のコレクタに接続されている。トランジスタT12のエミッタは基準バッテリ10の負極に接続されている。また、ダイオードD11,D12は、トランジスタT11,T12のエミッタ側からコレクタ側への電流を流す。
このような主コンバータ12において、トランジスタT12をオンした状態からオフすることで、コイルLに保持されたエネルギーによってダイオードD11を介し大きな電流が流れ昇圧された電圧がインバータ16の正側母線に得られる。また、トランジスタT11をオンすることで、インバータ16の正側母線側から基準バッテリ10に向けて電流を流すこともでき、トランジスタT11,T12のデューティー比を制御することで、インバータ16の正側母線の電圧を任意に制御することができる。なお、副コンバータ36も主コンバータ12と同一の構成を有している。
また、インバータ16は、正側母線と負側母線の間に、トランジスタT1,T2、トランジスタT3,T4、トランジスタT5,T6の直列接続が配置されている。なお、このトランジスタT1〜T6もn型のIGBTで、それぞれエミッタからコレクタに向けてダイオードD1〜D6が接続されている。そして、トランジスタT1,T2、トランジスタT3,T4、トランジスタT5,T6の各トランジスタ間の中間点がモータ18のu,v,w相への出力となっている。従って、トランジスタT1〜T6のオンオフを制御することで、モータ駆動電流を出力することができ、またモータ18からの電力を回収することができる。
なお、本出願において、バッテリの個数は、主バッテリ10、追加バッテリ30,32などのバッテリパックを単位にしている。また、制御部42、表示部44は、ナビゲーション装置のECU、表示部などと共有することが好適である。
また、上述の例では、基準バッテリ10に、追加バッテリ30,32を追加して、容量型バッテリや、出力型バッテリを構成した。しかし、基準バッテリ10に代えて、基準バッテリ10よりもエネルギー密度(Wh/kg)の高い容量型バッテリを搭載したり、出力密度(W/kg)の高い出力型バッテリを搭載することも可能であり、この場合にも表示を上述のようにすることで同様の効果が得られる。
10 基準バッテリ、12 主コンバータ、14 コンデンサ、16 インバータ、18 モータ、20 動力伝達機構、22 エンジン、30,32 追加バッテリ、34 スイッチ、36 副コンバータ、38 電流計、40 SOC検出部、42 制御部、44 表示部。
Claims (6)
- モータとエンジンの両方を搭載し、モータおよびエンジンの出力によって走行可能であるとともにエンジンの出力によってバッテリを充電可能なハイブリッド車両の表示装置であって、
モータを優先して使用するモードでの走行中において、エンジン起動の頻度が所定より高い場合に、バッテリを強化することを示唆する表示を行う表示手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記エンジン起動は、出力トルクを大きくすることに起因していることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。 - 請求項2に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに直列接続すること示唆する表示を行うことを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。 - 請求項1に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記エンジン起動は、バッテリの充電状態の低下に起因していることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。 - 前記バッテリの充電状態の低下は、満充電状態からの走行中であることを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
- 請求項4または5に記載のハイブリッド車両の表示装置において、
前記表示手段に、追加バッテリを既存バッテリに並列接続すること示唆する表示を行うことを特徴とするハイブリッド車両の表示装置。
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