JP2023135841A - 電動車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】前輪と後輪とを独立してモータで駆動する車両について各電池のSOCを適切な値に制御すること。【解決手段】前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前輪と後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、前輪用電池のSOCと後輪用電池のSOCとを制御するSOC制御部を備え、SOC制御部は、電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、後輪用電池の目標SOCを前輪用電池の目標SOCよりも大きく設定する。【選択図】図5
Description
本発明は、電動車両の制御装置に関する。
特許文献1には、前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置とが、それぞれにモータと、電池と、燃料電池とを備え、要求駆動トルクを任意の配分比で前輪と後輪とに配分することが開示されている。特許文献1に記載の構成では、要求駆動パワーが所定値未満である場合に電池への充電が可能であると判断し、燃料電池の余剰電力により電池の充電を行う。
前輪と後輪とを独立してモータで駆動する電動車両では、走行状態に応じて前輪用電池と後輪用電池とで電力消費量に差が生じる。そのため、各電池で必要な充電量に差が生じる。ところが、特許文献1に記載の構成は、電池のSOC(State of charge)が所定値未満である場合にSOCが所定範囲に収まるように電池の充電を行うことに留まり、各電池のSOCをそれぞれ適切な値にするという観点を含まない。そこで、各電池で必要な充電量が異なることを考慮して各電池のSOCを適切な値に制御することが望まれる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、前輪と後輪とを独立してモータで駆動する車両について各電池のSOCを適切な値に制御することができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前記前輪と前記後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、前記前輪駆動装置は、前記前輪を駆動する前輪用モータと、前記前輪用モータに電力を供給する前輪用電池と、を有し、前記後輪駆動装置は、前記後輪を駆動する後輪用モータと、前記後輪用モータに電力を供給する後輪用電池と、を有し、前記前輪用電池のSOCと前記後輪用電池のSOCとを制御するSOC制御部を備え、前記SOC制御部は、前記電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、前記後輪用電池の目標SOCを前記前輪用電池の目標SOCよりも大きく設定することを特徴とする。
本発明では、上りと下りに依らず勾配のある路面では前輪側よりも後輪側に大きな荷重がかかることに基づいて、走行経路が路面の勾配の多い経路となる場合に後輪用電池の目標SOCを前輪用電池の目標SOCよりも大きく設定する。これにより、路面の勾配に応じて各電池の充放電を効率的に行うことが可能になり、効率のよく走行することが可能になり、各電池のSOCを適切な値に制御することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における電動車両の制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図1は、実施形態における電動車両を模式的に示すスケルトン図である。電動車両1は、前輪2と後輪3とを独立してモータで駆動することが可能な車両である。電動車両1は、前後左右の車輪をそれぞれに駆動する走行用のモータを備えている。この電動車両1は、前輪2を駆動する前輪駆動装置10と、後輪3を駆動する後輪駆動装置20と、前輪駆動装置10および後輪駆動装置20を制御する制御装置30と、を備える。
前輪駆動装置10は、左前輪2Aと右前輪2Bとを独立してモータで駆動する。前輪駆動装置10は、前輪用電池11と、パワーコントローラ(以下、PCUという)12と、前輪用モータ(MG)13と、トランスアクスル(T/A)14と、を備える。
前輪用電池11は、前輪用モータ13に電力を供給する電池である。前輪用電池11はリチウムイオン電池などの二次電池により構成される。電動車両1に搭載された複数の電池(車載電池)のうち、前輪用電池11は第1電池である。
PCU12は、前輪用電池11の電力を変換して前輪用モータ13に供給する電力変換装置であり、前輪用モータ13を駆動する。PCU12はDCDCコンバータ15とインバータ16とを含んで構成される。インバータ16は、左前輪用インバータ16Aと右前輪用インバータ16Bとを含む。左前輪用インバータ16AはDCDCコンバータ15を介して前輪用電池11と電気的に接続されている。右前輪用インバータ16BはDCDCコンバータ15を介して前輪用電池11と電気的に接続されている。さらに、左前輪用インバータ16Aと右前輪用インバータ16Bとは電気的に接続されている。
前輪用モータ13は、電動車両1の動力源であり、前輪2を駆動する。前輪用モータ13から出力された動力はトランスアクスル14を介して前輪2に伝達される。トランスアクスル14は、前輪用モータ13と前輪2とを動力伝達可能に接続する動力伝達機構である。前輪用モータ13はPCU12を介して前輪用電池11と電気的に接続されている。
また、前輪用モータ13は、左前輪2Aを駆動する左前輪用モータ13Aと、右前輪2Bを駆動する右前輪用モータ13Bとを備える。左前輪用モータ13Aは、左前輪用トランスアクスル14Aを介して左前輪2Aと動力伝達可能に連結され、左前輪用インバータ16Aを介して前輪用電池11と電気的に接続されている。右前輪用モータ13Bは、右前輪用トランスアクスル14Bを介して右前輪2Bと動力伝達可能に連結され、右前輪用インバータ16Bを介して前輪用電池11と電気的に接続されている。
後輪駆動装置20は、左後輪3Aと右後輪3Bとを独立してモータで駆動する。後輪駆動装置20は、後輪用電池21と、PCU22と、後輪用モータ(MG)23と、トランスアクスル(T/A)24と、を備える。
後輪用電池21は、後輪用モータ23に電力を供給する電池である。後輪用電池21はリチウムイオン電池などの二次電池により構成される。電動車両1に搭載された複数の電池(車載電池)のうち、後輪用電池21は第2電池である。
PCU22は、後輪用電池21の電力を変換して後輪用モータ23に供給する電力変換装置であり、後輪用モータ23を駆動する。PCU22はDCDCコンバータ25とインバータ26とを含んで構成される。インバータ26は、左後輪用インバータ26Aと右後輪用インバータ26Bとを含む。左後輪用インバータ26AはDCDCコンバータ25を介して後輪用電池21と電気的に接続されている。右後輪用インバータ26BはDCDCコンバータ25を介して後輪用電池21と電気的に接続されている。さらに、左後輪用インバータ26Aと右後輪用インバータ26Bとは電気的に接続されている。
後輪用モータ23は、電動車両1の動力源であり、後輪3を駆動する。後輪用モータ23から出力された動力はトランスアクスル24を介して後輪3に伝達される。トランスアクスル24は、後輪用モータ23と後輪3とを動力伝達可能に接続する動力伝達機構である。後輪用モータ23はPCU22を介して後輪用電池21と電気的に接続されている。
また、後輪用モータ23は、左後輪3Aを駆動する左後輪用モータ23Aと、右後輪3Bを駆動する右後輪用モータ23Bとを備える。左後輪用モータ23Aは、左後輪用トランスアクスル24Aを介して左後輪3Aと動力伝達可能に連結され、左後輪用インバータ26Aを介して後輪用電池21と電気的に接続されている。右後輪用モータ23Bは、右後輪用トランスアクスル24Bを介して右後輪3Bと動力伝達可能に連結され、右後輪用インバータ26Bを介して後輪用電池21と電気的に接続されている。
また、電動車両1は、外部電源から供給される電力を車載電池に充電可能であるとともに、ソーラパネル51で発電した電力を車載電池に充電可能である。電動車両1は、充電装置40と、ソーラ充電装置50と、リレー装置60と、を備える。
充電装置40は、外部電源から供給される電力を車載電池に充電する装置である。この充電装置40は、外部充電器の充電プラグが接続される充電口41と、リレー42と、を備える。充電口41は、正極端子と、負極端子とを含み、リレー42を介してリレー装置60と電気的に接続される。リレー42は、充電口41とリレー装置60との間に設けられ、充電口41とリレー装置60との電気的な繋がりを選択的に遮断する。
例えば、充電口41に充電プラグを接続して外部電源から供給される電力を車載電池に充電する場合(外部充電時)、リレー42は閉じて充電口41とリレー装置60との間が通電可能に接続される。一方、外部充電を行わない場合にはリレー42は開き、充電口41とリレー装置60との間が通電不能に遮断される。リレー42の開閉は制御装置30により制御される。制御装置30は充電装置40を制御する。
ソーラ充電装置50は、ソーラパネル51と、スイッチ(SW)52と、を備える。ソーラパネル51は、太陽光の照射を受けて発電を行う太陽電池モジュールである。例えば電動車両1のルーフなどにソーラパネル51が設置される。ソーラパネル51で発電された電力は車載電池に充電可能である。スイッチ52は、ソーラパネル51とリレー装置60との間に設けられ、ソーラパネル51とリレー装置60との電気的な繋がりを選択的に遮断する。
例えば、ソーラパネル51で発電した電力を車載電池に充電する場合(ソーラ充電時)、スイッチ52を閉じてソーラパネル51とリレー装置60との間が通電可能に接続される。この場合、ソーラパネル51で発電した電力がスイッチ52を介してリレー装置60に出力される。一方、ソーラ充電を行わない場合にはスイッチ52を開き、ソーラパネル51とリレー装置60との間が通電不能に遮断される。スイッチ52の開閉は制御装置30により制御される。制御装置30はソーラ充電装置50を制御する。
リレー装置60は、外部充電もしくはソーラ充電を行う際に複数の車載電池のうちの任意の1つの電池に対して充電を行うように内部のリレーを切り替える。リレー装置60は、第1リレー61と、第2リレー62と、第3リレー63と、を備える。
第1リレー61は、外部充電またはソーラ充電時に前輪用電池11への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。後輪用電池21を充電対象とする場合には第1リレー61は開いて前輪用電池11との通電経路を遮断する。
第2リレー62は、外部充電またはソーラ充電時に後輪用電池21への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。前輪用電池11を充電対象とする場合には第2リレー62は開いて後輪用電池21との通電経路を遮断する。
第3リレー63は、外部充電またはソーラ充電時、エアコンなどの電子機器70を駆動するための第3電池80への充電を行う際に通電可能に接続するためのリレーである。前輪用電池11または後輪用電池21を充電対象とする場合には第3リレー63は開いて第3電池80との通電経路を遮断する。
第3電池80は、リレー装置60を介さずに電子機器70と電気的に接続されている。そのため、リレー装置60の開閉を問わずに、第3電池80を電子機器70の駆動に用いることができる。
また、電子機器70の駆動には前輪用電池11と後輪用電池21とを用いることも可能である。電子機器70は前輪用電池11と電気的に接続可能であるとともに、後輪用電池21と電気的に接続可能である。前輪用電池11と後輪用電池21とはリレー装置60を介さずに電子機器70と電気的に接続されている。
さらに、電動車両1は、車載電池として、第4電池90を備える。第4電池90は、他の3つの電池に電力を給電する。前輪用電池11と後輪用電池21と第3電池80とはそれぞれに第4電池90と電気的に接続されることが可能である。
制御装置30は、電動車両1を制御する電子制御装置である。この電子制御装置は、CPU、RAM、ROM、入出力インターフェースを備えたマイクロコントローラを含んで構成されている。制御装置30は、ROMに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う。制御装置30には、電動車両1に搭載された各種センサからの信号が入力される。
例えば、アクセルペダルの操作量であるアクセル開度を検出するアクセル開度センサからの信号や、車速を検出する車速センサからの信号や、前輪用電池11の電流を検出する電流センサからの信号や、前輪用電池11の電圧を検出する電圧センサからの信号や、後輪用電池21の電流を検出する電流センサからの信号や、後輪用電池21の電圧を検出する電圧センサからの信号などが制御装置30に入力される。そして、制御装置30各種センサから入力された信号に基づいて各種の制御を実行する。
具体的には、制御装置30は前輪用電池11の電流センサと電圧センサとから入力される信号に基づいて前輪用電池11のSOCを算出する。制御装置30は前輪用電池11の目標SOCを設定する。そして、制御装置30は現在のSOCが目標SOCとなるように前輪用電池11のSOCを制御する。同様に、制御装置30は後輪用電池21の電流センサと電圧センサとから入力される信号に基づいて後輪用電池21のSOCを算出する。制御装置30は後輪用電池21の目標SOCを設定する。そして、制御装置30は現在のSOCが目標SOCとなるように後輪用電池21のSOCを制御する。このように、制御装置30は、前輪用電池11のSOCと後輪用電池21のSOCとを制御するSOC制御部を備える。
また、制御装置30は、ナビゲーション装置から電動車両1の走行経路に関する情報を取得する。ナビゲーション装置は、電動車両1の現在位置と電動車両1の搭乗者からの操作により設定された目的地に関する情報とに基づいて、目的地までの走行経路を設定する。つまり、ナビゲーション装置は目的地までの走行経路に関する情報として、電動車両1における将来の経路情報を有する。ナビゲーション装置は電動車両1の目的地までの走行経路に関する情報を制御装置30に出力する。
また、制御装置30は、電動車両1の駆動力を制御する駆動力制御を実行する。駆動力制御において、制御装置30はアクセル開度と車速とに基づいて要求駆動力を算出する。さらに、制御装置30は前輪2と後輪3との駆動力配分を制御することにより、前後輪において、要求駆動力に対してモータで実現する駆動力を任意に制御可能である。つまり、制御装置30は要求駆動力に対する前輪2の駆動力と後輪3の駆動力との配分を制御することにより、前後輪の駆動力を任意の配分比に制御して要求駆動力を実現する。
その際、駆動力の配分比は、電動車両1が走行する路面の勾配(平坦さ)に応じて決まる。すなわち、電動車両1のエネルギ効率が最適となる駆動力の配分比は、図2~図4に示すように、路面の勾配に応じて異なる。具体的には、駆動力の配分比の最適値は、電動車両1の前後荷重割合、路面状況、勾配の角度などによって異なる。
図2に示すように、電動車両1が平坦路101を走行する場合、電動車両1の静荷重配分に沿った駆動力配分となることがエネルギ効率に良いため、前輪2の駆動力と後輪3の駆動力とを等分配にすることが効率的である。そこで、制御装置30は、電動車両1が平坦路101を走行する際、前輪2と後輪3の駆動力配分を同じ割合に制御する。この場合、前輪用電池11の電力消費量と後輪用電池21の電力消費量とは同等となる。
図3に示すように、電動車両1が登坂路102を走行する場合、上り勾配であるので、電動車両1のリア側に大きな荷重がかかり、駆動力配分もリア側の割合を大きくした方がエネルギ効率は良いため、後輪3の駆動力が前輪2の駆動力よりも大きくなるように駆動力配分することが効率的である。そこで、制御装置30は、電動車両1が登坂路102を走行する際、前輪2と後輪3の駆動力配分を後輪3側の割合が大きくなるように制御する。この場合、後輪用電池21の電力消費量は前輪用電池11の電力消費量よりも大きくなる。
図4に示すように、電動車両1が降坂路103を走行する場合、下り勾配であるので、電動車両1のフロント側に大きな荷重がかかる。この状態で電動車両1がある程度の車速を維持して走行する場合にはモータによる回生を行う必要があるため、フロント側の回生割合が大きくなる。つまり、駆動力配分はフロント側の回生量が大きくなるようにした方がエネルギ効率は良いため、前輪2の回生量が後輪3の回生量よりも大きくなるように駆動力配分することが効率的である。そこで、制御装置30は、電動車両1が降坂路103を走行する際、前輪2と後輪3の駆動力配分を、前輪2側の回生量が後輪3側の回生量よりも大きくなる割合に制御する。この場合、後輪用電池21の回生量(充電量)は前輪用電池11の回生量(充電量)よりも小さくなる。
このように、電動車両1は上りと下りに依らず路面の勾配の割合が多くなるほど、また平坦の割合が少ないほど、後輪用電池21のSOCを前輪用電池11のSOCよりも大きくする必要が生じる。そこで、制御装置30は、将来の経路情報から走行予定経路の勾配度合(登降坂の割合や坂路の角度)に応じて、前輪用電池11の目標SOCと後輪用電池21の目標SOCとをそれぞれ算出し設定する。
図5に示すように、制御装置30は、電動車両1の目的地までの走行経路について、上り下りに依らず路面の勾配が多いほど、後輪用電池21の目標SOCが前輪用電池11の目標SOCよりも大きくなるように各電池の目標SOCを設定する。後輪用電池21の目標SOCは平坦側から勾配が多くなるにつれて徐々に大きくなる。一方、前輪用電池11の目標SOCは平坦側から勾配が多くなるにつれて徐々に小さくなる。制御装置30は、前輪用電池11の目標SOCを後輪用電池21の目標SOCよりも小さく設定し、平坦の割合が多くなるほど目標SOC同士の乖離が小さくなり、勾配の割合が多くなるほど目標SOC同士の乖離が大きくなる。
以上説明した通り、実施形態によれば、複数の電池を搭載した電動車両1において、それぞれの電池が異なる車輪の駆動や電子機器70の稼働に用いられる車両システムについて、将来的に走行する経路の勾配や平坦度に応じて車輪の駆動に用いる電池の目標SOC(電池残量)を変えることができる。制御装置30は、電動車両1の走行経路が路面の勾配の多い経路となる場合に後輪用電池の目標SOCを前輪用電池の目標SOCよりも大きく設定する。これにより、路面の勾配に応じて各電池の充放電を効率的に行うことが可能になり、効率のよく走行することが可能になり、各電池のSOCを適切な値に制御することができる。
また、平坦基調の経路が想定される場合、制御装置30は前輪用電池11の目標SOCと後輪用電池21の目標SOCとを同程度にする。これにより、目的地までの走行経路に応じて前輪用電池11と後輪用電池21とをそれぞれ適切なSOCに制御することができる。
また、走行経路に応じて前後輪の目標SOCを設定することにより、電池の充電時間に対する走行距離を最大化することが可能である。制御装置30は、外部充電またはソーラ充電を用いた充電制御を実行することができる。
例えば、制御装置30は各電池の目標SOCを図5に示すように経路に合わせた値に設定することにより、外部充電時やソーラ充電時、前輪用電池11と後輪用電池21とのうち目標SOCとの乖離が大きいほうの電池から優先して充電を行う。これにより、限られた充電時間の範囲において、充電後の走行距離を最大化することができる。なお、充電時間が十分に確保できる場合には目標SOCに依らずに満充電となるように充電することが望ましい。
また、制御装置30は経路勾配度の判断を走行経路の走行開始前に行い、それから計算される目標SOCに基づいて充電することが可能である。あるいは、制御装置30は経路勾配度の判断結果を、走行中にソーラパネル51等を用いて充電する際の充電優先度の判定に用いることが可能である。さらに、制御装置30は走行中の充電時に経路勾配度の判断を逐一実施して、最新の目標SOCに応じて充電を行うことが可能である。
なお、上述した実施形態は一例であり、電動車両1に搭載される電池の数や電池と対応する駆動輪の関係はこれに限定されない。
また、目標SOCを設定した後の充電方法は上述した方法に限定されず、任意の電池に充電可能な方法であればよい。例えば発電方法として、エンジンを用いて発電を行ってもよい。具体的には、電動車両1は発電用のエンジンを搭載したレンジエクステンダー車両であってもよい。
また、経路勾配度に応じた目標SOCの設定は、平坦な場合の前後の目標SOCや、勾配度が上がるにつれて目標SOCが変化する割合も、図5に例示するものに限定されない。
1 電動車両
2 前輪
2A 左前輪
2B 右前輪
3 後輪
3A 左後輪
3B 右後輪
10 前輪駆動装置
11 前輪用電池
13 前輪用モータ
13A 左前輪用モータ
13B 右前輪用モータ
20 後輪駆動装置
21 後輪用電池
23 後輪用モータ
23A 左後輪用モータ
23B 右後輪用モータ
30 制御装置
2 前輪
2A 左前輪
2B 右前輪
3 後輪
3A 左後輪
3B 右後輪
10 前輪駆動装置
11 前輪用電池
13 前輪用モータ
13A 左前輪用モータ
13B 右前輪用モータ
20 後輪駆動装置
21 後輪用電池
23 後輪用モータ
23A 左後輪用モータ
23B 右後輪用モータ
30 制御装置
Claims (1)
- 前輪を駆動する前輪駆動装置と、後輪を駆動する後輪駆動装置と、を備え、前記前輪と前記後輪とを独立してモータで駆動する電動車両の制御装置であって、
前記前輪駆動装置は、
前記前輪を駆動する前輪用モータと、
前記前輪用モータに電力を供給する前輪用電池と、を有し、
前記後輪駆動装置は、
前記後輪を駆動する後輪用モータと、
前記後輪用モータに電力を供給する後輪用電池と、を有し、
前記前輪用電池のSOCと前記後輪用電池のSOCとを制御するSOC制御部を備え、
前記SOC制御部は、前記電動車両における目的地までの走行経路について路面の勾配が多い経路であると判断した場合、前記後輪用電池の目標SOCを前記前輪用電池の目標SOCよりも大きく設定する
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
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---|---|---|---|
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