JP5443241B2

JP5443241B2 - 電動車両用電池制御装置

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Publication number: JP5443241B2
Application number: JP2010079850A
Authority: JP
Inventors: 和英芦田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011211878A

Description

本発明は、ハイブリッド自動車や電動アシスト自転車の走行電源などに使用される２次電池の制御装置に関するものであり、特に電池の残容量から走行可能な距離を算出することの可能な電動車両用電池制御装置に関する。

従来の電動車両用電池制御装置では、２次電池の残容量と放電電流を使用して、現在の時点から走行可能な距離（残走行距離）を算出していた。

しかしながら、この方法では道路の勾配の影響を考慮していないので、推定される走行可能な距離は精度が悪いものであった。

また、往路と帰路を同じ道を走行する場合、電動車両の運転者の関心は電池の残容量で出発点迄帰れるかどうかであるが、従来の方式では走行可能な距離だけを提示しており、どの時点で出発点に帰れなくなるかは提示していなかった。

特許文献１に記載されるように、より正確に残走行距離を求めるために２次電池の残容量を実走修正バッテリ残容量を用いて修正されたバッテリ残在容量を用いたものが記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、バッテリ残在容量をより正確に求めるものに過ぎず、残走行距離を求める際に、道路の勾配などを何ら考慮されていないので、本来の残走行距離を演算することは行われていない。電気自動車、ハイブリッド自動車、電動アシスト自転車などは、受電スタンドへ帰れるか否かは死活問題であり、道路の状況を考慮した上での残走行距離を求めることは、非常に重要である。

特許第２６７５８７４号公報

従来の電動車両用電池制御装置では、図６に示すように２次電池の端子電圧、放電電力量から電池残容量を演算し、さらに走行可能な距離を算出していた。

しかしながら、従来の演算では、現在の電動車両が４０ｋｍ／ｈで走行しているときに放電電流が３Ａｈとした場合に、今後も速度、速度、放電電流ともに変化しないとして、残走行距離を単純に計算している。

しかしながら、この方法では、道路の勾配による放電電流の変動や回生電流値を考慮していないので、不正確な走行可能距離しか算出できなかった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、往路と帰路で同じ道路を通ることを前提として、２次電池からの放電電流や電池への回生電流だけでなく、道路の勾配を考慮し、さらに往路走行の際に随時、その時点から出発点まで走行するに要する消費電力を算定することで、往路走行中どの時点で出発点に戻れなくなるかを運転者に通知できる電動車両用電池制御装置を提供することを目的とする。

本発明の態様による電動車両用電池制御装置は、出発点から目的地までの往路を走行し、当該往路を帰路として出発点に戻る電動車両の駆動用二次電池の放電電流および回生電流を制御する電動車両用電池制御装置において、前記出発点からの所定走行距離毎に道路の勾配の度合いを検出する勾配センサと、前記電動車両の走行速度、道路の勾配の度合い、放電電流並びに回生電流との関係を予め記憶しているメモリとを有し、前記出発点からの走行距離における道路の勾配の度合いを前記メモリに記憶すると同時に、前記出発点からの所定走行距離毎に、前記メモリに記憶された前記出発点からの走行距離における道路の勾配の度合いのデータと前記メモリに予め記憶された前記電動車両の走行速度、道路の勾配の度合い、放電電流並びに回生電流との関係とから前記出発点への帰路に要する前記駆動用二次電池の電力容量を演算する電動車両用電池制御装置である。

本発明によれば、往路と帰路で同じ道路を通ることを前提として、２次電池からの放電電流や電池への回生電流だけでなく、道路の勾配を考慮し、さらに往路走行の際に随時、その時点から出発点まで走行するに要する消費電力を算定することで、往路走行中どの時点で出発点に戻れなくなるかを運転者に通知できる電動車両用電池制御装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動車両用電池制御装置の構成図である。本発明の実施形態における往路での走行距離と勾配との関係を示す図である。本発明の実施形態における帰路での走行距離と勾配との関係を示す図である。本発明の実施形態における勾配と電流との関係を示す図である。本発明の第２実施形態に係る電動車両用電池制御装置の構成図である。本発明の第３実施形態に係る電動車両用電池制御装置の構成図である。従来における走行可能距離演算のためのブロック図である。

以下、本発明の第１実施形態に係る電動車両用電池制御装置について、図面を参照して説明する。

図１は、電動車両用電池制御装置を具備した電池パック１の構成を示す。電池パック１は、図示しない電動車両に搭載され、電動車両側から、ブレーキ力、走行距離情報に関わるデータを取得し、電動車両側へ電池残容量、走行可能距離に関わるデータを出力する。

電池パック１は、その正極端子２、負極端子３との間に複数の単電池４が直列接続され、正極端子２側には、充電制御回路５と放電制御回路６が設けられ、負極端子３側には、電流測定回路７が設けられている。

電圧測定回路８は、各単電池４の電圧値を測定し、電池パック１の充放電制御を行うＭＰＵ９に、測定電圧を出力する。

電流測定回路７は、電池パック１の充電電流値、放電電流値を測定し、ＭＰＵ９に測定値を出力する。ＭＰＵ３は、電池パック１の外部である電動車両側から、入力ポート１０を介して、ブレーキ力、走行距離情報を入力する。ＭＰＵ９は、各入力情報に基づき、電池パック１の充電、放電を制御する。具体的には、充電時には、充電制御回路５内の図示しない充電スイッチング回路を制御して充電電流を制御する。さらに放電時には、放電制御回路６内の図示しない放電スイッチング回路を制御して放電電流を制御する。

電池パック１内には、勾配センサ１１、メモリ１２が設けられ、勾配センサ１１は、走行道路の勾配を測定し、ＭＰＵ９に対して、勾配データを逐次出力する。ＭＰＵ９は、電池残容量、走行可能距離、折り返しアラームなど、運転者に対して提示するデータを出力ポート１３を解して、電動車両側に出力する。また、電池パック１には、各回路などに電力を供給する電源回路１４、外部との通信を行う通信Ｉ／Ｆ１５が設けられている。さらに、図示されない温度測定回路などが設けられている。

図１において、電圧測定回路８は、電池モジュールを構成する個々の単電池４の電圧を測定し、ＭＰＵ９に電圧情報を与える。ＭＰＵ９は、単電池４の電圧情報を使用して充電制御回路５や放電制御回路６を制御して図には示されていない充電スイッチング回路や放電スイッチング回路をON/OFFすることで電池モジュールへの充電電流や電池モジュールからの放電電流を制御する。

ＭＰＵ９は、電動車両が走行を開始し電池モジュールが放電を開始すると、走行距離情報を随時取得すると共に、勾配センサ１１からの道路勾配情報を連続的に取得し、走行距離と勾配を関連させた道路勾配データをメモリ１２に格納する。

道路勾配データの代表例として、図２Ａ、図２Ｂに示される。図２Ａ、図２Ｂは、横軸が出発点０からの距離あるいは、経過時間を示し、縦軸は勾配の大きさを示す。すでに述べたように、本発明は、同じ道を行って帰ってくることを前提にしている。図２Ａは往路を示し、図２Ｂは帰路を示し、両図を比較して明らかなように、往路で上り道は、帰路においては下り道になる。

これによって、ＭＰＵ９は、出発点からの距離に対する道路勾配のデータを取得可能である。

予めメモリ１２には、道路勾配及び走行速度をパラメタとした放電電流データ及び回生電流データが記憶されている。これは、図３に示されるように、横軸に道路勾配、縦軸に消費電流、回生電流であり、登坂時、降坂時のそれぞれの速度における勾配と電流の関係を示す。

ＭＰＵ９は、往路において、道路勾配データを取得しメモリ１２にデータを記憶すると同時に、現時点から出発点０に向かって同じ経路で戻る際に必要な電力量、走行可能距離を算出する。往路における現時点から出発点０に向かって同じ経路を戻る際に必要な電力量は、次のようにして求める。すなわち、出発点０から現時点までの往路での道路勾配データをメモリ１２から読み出し、道路勾配が往路と帰路では逆になることから、図２Ｂのような帰路の道路勾配データを求める。次に、図２Ｂの各時点での勾配の値と図３のデータから、各時点での消費電流あるいは回生電流の値を求め、積算することにより現時点から出発点０まで戻るに必要な電力量を演算する。ＭＰＵ９は、往路において、随時、現時点から出発点０に戻る際に必要な電力量を演算する。

ＭＰＵ９は、往路において逐次、電池モジュールの残容量Ｐとその時点から帰路に着いた場合の出発点に戻るのに要する電力容量Ｐｖを演算するとともに、ＰとＰｖが等しくなった時点になったら、運転者にその旨表示する。すなわち、ＰとＰｖが等しくなった時点で、帰路に着かないと出発点に戻れなくなる。それ以上、往路で走行すると主発点までに戻れないので、ＭＰＵ９は、逐次、図示しない表示により、電池モジュールの残容量と、帰路に要する電力量とを表示するとともに、出発点に戻れる限界時点を警告表示する。

以上により、道路勾配データをもつことで、帰路のおける電力使用量、つまりは走行可能な距離が演算可能となり、運転者は出発点まで戻ることが可能かどうかを判定可能となる。また、出発点まで戻った際の電池の残容量を知ることが可能になる。

図１において、道路勾配データを使用して帰路における走行可能な距離を演算する際に、予め、道路勾配及び走行速度をパラメタとした回生電流データを取得しておくことで、帰路での下り勾配において勾配の程度によって、回生電力が増減することも考慮して電池の残容量を演算し、随時その残容量を使用して走行可能な距離が演算される。出発点迄戻った際の電池に残容量を事前に、運転者に通知することが可能である。

図１において、往路で取得した道路勾配データを使用して帰路における走行可能な距離を演算する際に、電池の残容量が出発点迄戻れる量に達したとき、またはその残容量の直前になった際にそれを運転者に通知できるようにし、運転者の便宜に役立つようにすることができる
図１において、往路において、道路勾配データを取得しながら、上述の第１の実施形態の説明に記載したように、現時点から出発点に同じ道を戻る際に走行可能な距離を演算し、かつ電池の残容量を運転者に通知できるようにする他に、往路での走行可能な距離を運転者に通知するために、その時点での電池の残容量を使用して、現時点から往路をあとどれだけ走行可能かを走行可能距離を運転者に通知する。この場合、往路において現時点から先の道の勾配情報がないので、平坦路を走行すると仮定して、電池の残容量と走行速度から走行可能距離を演算する。

このようにすることで、運転者は現在地から出発点に戻ること可能かどうかという情報の他に今後どの位の距離を走行可能かを知ることができるようになる。

本実施形態は、運転者が任意に出発点を設定できるものである。運転者がＭＰＵ９に対して、往路の主発点すなわち道路勾配データの取得開始点を任意に設定できる。本実施形態では、電動車両が動き出した地点を往路の開始点とするのではなく、運転者が任意に開始点をＭＰＵ９に知らせてやることができるものである。

図４は本実施形態の構成を示すが、これは図１に記載の構成に対して、入力手段１６を追加したものである。入力手段はもっとも簡単ものであれば、押しボタンなどがある。図４に示すように、運転者が随時操作可能なＭＰＵ９への入力手段１６を使用し、運転者が任意に出発点を指定できるようにすることで、帰路において、任意に設定された出発点への帰路での走行可能距離を演算可能にし、さらに、出発点まで帰れるかどうかを知ることができる。たとえば、こんなケースを想定すれば、本実施形態の効果を理解しやすい。自分の家のガレージから電動車を出して、最寄の充電スタンドで充電し、目的地に向かって走行するとする。この場合、充電スタンドを主発する際に、入力手段１６により、ＭＰＵ９に出発点を知らせるすなわち、道路勾配データの取得、出発点まで帰れるかどうかの演算を開始する。往路で取得した道路勾配データを使用して帰路における走行可能な距離を演算する際に、電池の残容量が出発点迄戻れる量に達したとき、またはその残容量の直前になった際にそれを運転者に通知することによって、確実に充電が可能なところ（出発点に設定した充電スタンド）まで確実に戻ることができる。

電動車両が平坦路を走行している際に、メモリ１２に記憶された放電電流データと、電流測定回路７で検出された実放電電流値とを比較することにより、電動車両の走行時の負荷が基準値よりも増減しているかどうかを判定し、車両重量の変化や風や路面の変化による走行抵抗の変化を検出するこができる。これによって、基準の状態に対して走行可能な距離が増減することを判定可能となる。

本実施形態は、高価な勾配センサ１１を不要としより簡素な構成とするものである。

図５において、運転者が随時操作可能なＭＰＵ９への入力手段１６を使用し、現在、平坦路を走行中であることを、運転者が任意に指定できるようにしたものである。運転者が平坦路を走行中に入力手段１６を操作すると、ＭＰＵ９は平坦路であることを指定された時点での放電電流を基準値としてメモリ１２に記憶する。その後、ＭＰＵ９は、メモリ１２に記憶された平坦路における放電電流基準値と、電流測定回路７で検出された実放電電流値とを比較することにより、道路の勾配を測定する。

このようにすることで、高価な勾配センサ１１を使用することなく、道路の勾配を測定することが可能となる。

図５は、図１から勾配センサ１１を取り除いた構成となっている。ＭＰＵ９は予めメモリ１２に記憶された道路勾配及び走行速度をパラメタとした放電電流データ及び回生電流データと、
通信Ｉ／Ｆ１５または入力ポート１０を介して入力した走行開始後の走行距離、加減速状態、放電電流値、回生電流値、アクセル開度及びブレーキ力などから現在走行している道路の勾配を測定する。

このように構成することで、勾配センサ１１を使用することなく、道路の勾配の様子を測定し、帰路での走行可能な距離の演算に使用することが可能である。

１…電池パック、４…単電池、５…充電制御回路、６…放電制御回路、７…電流測定回路、８…電圧測定回路、９…ＭＰＵ、１０…入力ポート、１１…勾配センサ、１２…メモリ、１３…出力ポート、１４…電源回路、１５…通信I/F、１６…入力手段

Claims

出発点から目的地までの往路を走行し、当該往路を帰路として出発点に戻る電動車両の駆動用二次電池の放電電流および回生電流を制御する電動車両用電池制御装置において、
前記出発点からの所定走行距離毎に道路の勾配の度合いを検出する勾配センサと、
前記電動車両の走行速度、道路の勾配の度合い、放電電流並びに回生電流との関係を予め記憶しているメモリとを有し、
前記出発点からの走行距離における道路の勾配の度合いを前記メモリに記憶すると同時に、前記出発点からの所定走行距離毎に、前記メモリに記憶された前記出発点からの走行距離における道路の勾配の度合いのデータと前記メモリに予め記憶された前記電動車両の走行速度、道路の勾配の度合い、放電電流並びに回生電流との関係とから前記出発点への帰路に要する前記駆動用二次電池の電力容量を演算する電動車両用電池制御装置。
前記メモリに記憶された前記出発点からの走行距離における道路の勾配の度合いのデータと前記メモリに予め記憶された前記電動車両の走行速度、道路の勾配の度合い、放電電流並びに回生電流との関係とから演算された帰路に要する電力容量が出発点まで戻れる限界時点で、それを運転者などに通知することを特徴とする請求項１記載の電動車両。
用電池制御装置。
前記出発点を任意に設定するための入力手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の電動車両用電池制御装置。
平坦路を走行している状態であることを入力させる手段を設け、平坦路を走行している状態での放電電流を基準とし、基準の放電電流と実走行時の放電電流との差から道路の勾配を測定可能にしたことを特徴とする請求項１記載の電動車両用電池制御装置。
電池と、電池の充放電制御手段と、充放電電流計測手段と上記手段を制御する電池制御手段から構成され、電池を動力として走行する際に、平坦路における走行速度と放電電流を基準にして、実走行時の走行距離、加減速状態、放電電流値、回生電流値、アクセル開度及びブレーキ力などから道路の勾配を算出可能にしたことを特徴とした請求項１記載の電動車両用電池制御装置。