特開 2024-178479 電動車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178479

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】電動車両

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/13 20190101AFI20241218BHJP

   B60L 58/15 20190101ALI20241218BHJP

   B60L 50/61 20190101ALI20241218BHJP

   B60L 1/00 20060101ALI20241218BHJP

   B60W 10/26 20060101ALI20241218BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20241218BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20241218BHJP

   B60W 20/13 20160101ALI20241218BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

B60L58/13

B60L58/15

B60L50/61

B60L1/00 L

B60W10/26 900

B60K6/48 ZHV

B60W10/08 900

B60W20/13

H02J7/00 P

H02J7/00 302D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183481

(22)【出願日】2021-11-10

(71)【出願人】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089875

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 茂

(72)【発明者】

【氏名】宮本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】清水 亮

(72)【発明者】

【氏名】生駒 憲彦

【テーマコード（参考）】

3D202

5G503

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D202AA07

3D202BB11

3D202BB19

3D202CC58

3D202CC59

3D202DD44

3D202DD45

5G503AA01

5G503AA07

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA08

5G503DA08

5G503DA13

5G503DA17

5G503EA05

5G503EA06

5G503FA06

5G503GB03

5G503GD03

5H125AA01

5H125AC08

5H125AC12

5H125BA00

5H125BC05

5H125BC12

5H125BC14

5H125BC25

5H125EE27

5H125EE42

5H125EE70

(57)【要約】

【課題】消費電力の検出誤差に起因するＳＯＣの過剰な低下、それによる車両停止を回避できる電動車両を提供する。
【解決手段】充放電可能なバッテリ１０２と、発電電力を制御可能なジェネレータ１０３と、車両を駆動する駆動モータ１０１と、電力を消費する電気機器類１０５と、を備える電動車両１０であって、バッテリの充電状態値（ＳＯＣ）が所定値より低下すると、その低下量に応じて増大する補正量Δを生成する補正量生成部３０１と、電気機器類の消費電力検出値から算出された第１消費電力値Ｐ１に補正量Δを加算して第２消費電力値Ｐ２を算出する加算部３０２と、車両を駆動するための車両駆動電力値Ｐｄおよび第２消費電力値Ｐ２を含む電力値に基づいてジェネレータによる発電電力を制御し、バッテリの充電状態値を所定値以上に維持する制御部２００と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充放電可能なバッテリと、発電電力を制御可能なジェネレータと、前記バッテリおよび／または前記ジェネレータからの電力により車両を駆動する駆動モータと、電力を消費する電気機器類と、を備える電動車両であって、
前記バッテリの充電状態値が所定値より低下すると当該充電状態値の低下量に応じて増大する補正量を生成する補正量生成部と、
前記電気機器類の消費電力検出値から算出された第１消費電力値に前記補正量を加算して第２消費電力値を算出する加算部と、
車両を駆動するための車両駆動電力値および前記第２消費電力値を含む電力値に基づいて前記ジェネレータによる発電電力を制御し、前記バッテリの充電状態値を前記所定値以上に維持する制御部と、
を備えたことを特徴とする電動車両。

【請求項2】

前記バッテリの充電状態値が所定値以上であれば前記補正量がゼロに維持され、前記所定値より低下すれば前記低下量に比例して前記補正量が増大し、かつ前記補正量に過充電保護のための上限値が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電動車両。

【請求項3】

前記所定値が前記バッテリの放電禁止値であることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両。

【請求項4】

前記電気機器類の前記第１消費電力検出値は前記駆動モータの消費電力検出値を含む他の検出値に比べて検出精度が低いことを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の電動車両。

【請求項5】

前記ジェネレータがエンジンと連結し、前記制御部が前記エンジンおよび前記ジェネレータへの要求トルクを制御することを特徴とする請求項１－４のいずれか１項に記載の電動車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は電力によりモータ（電動機）を駆動して走行する電動車両の制御技術に関する。

【背景技術】

【0002】

電動車両において、バッテリの充電状態値（ＳＯＣ：State Of Charge）が限度を越えて低下するとバッテリが劣化しやすくなりバッテリ保護の観点からＳＯＣの過剰な低下を避ける必要がある。そのためにバッテリの電力マネージメントにおいて、駆動モータやエアコンの消費電力および補機類の消費電力を検出し、ジェネレータの発電電力および回生時のモータトルクを制御している。

【0003】

たとえば放電禁止レベルまでＳＯＣが低下すると、駆動用バッテリを充電するために発電電力を増加させた上で、放電可能電力（あるいは出力限度電力）ＳＯＰ（Status Of Power）_ｏｕｔをゼロに制限し放電を抑制する。特許文献１には発電電力低下を防止するためにＳＯＰ_ｏｕｔを補正する方法が開示され、また特許文献２には発電電力を増加させるために、入力限度電力ＳＯＰ_ｉｎと出力限度電力ＳＯＰ_ｏｕｔとの差分が小さくなったとき発電電力に補正電力を加算する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１１８５５８号公報

【特許文献2】特開２０２１－１１８５５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した背景技術では消費電力の正確な検出が前提であり、検出誤差がある場合には有効な対策となり得ない。たとえば補機の消費電力の検出値は、センサや演算精度の不足により、実際よりも小さい値となる場合がある。検出値が実際の補機消費電力より小さいと、発電時や回生ブレーキ時の駆動用バッテリ充電電力が過小となり、駆動用バッテリの残量ＳＯＣが枯渇する可能性がある。

【0006】

上述した特許文献１では過渡的な放電電力超過の対策が開示されており、定常的な検出誤差の補正には適さない。また特許文献２ではＳＯＰ_ｉｎとＳＯＰ_ｏｕｔとの電力差に応じて補正を実行するためにＳＯＣ低下を有効に防止できない可能性がある。

【0007】

このように車載電子部品類の消費電力が正確に検出されない場合、その消費電力検出値が実際より小さいと駆動用バッテリ充電電力が過小となり、実際のバッテリ残量ＳＯＣが枯渇して車両停止の可能性が高くなる。

【0008】

本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は消費電力の検出誤差に起因するＳＯＣの過剰な低下、それによる車両停止を回避できる電動車両を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するため本発明の一実施の形態は、充放電可能なバッテリと、発電電力を制御可能なジェネレータと、前記バッテリおよび／または前記ジェネレータからの電力により車両を駆動する駆動モータと、電力を消費する電気機器類と、を備える電動車両であって、前記バッテリの充電状態値が所定値より低下すると当該充電状態値の低下量に応じて増大する補正量を生成する補正量生成部と、前記電気機器類の消費電力検出値から算出された第１消費電力値に前記補正量を加算して第２消費電力値を算出する加算部と、車両を駆動するための車両駆動電力値および前記第２消費電力値を含む電力値に基づいて前記ジェネレータによる発電電力を制御し、前記バッテリの充電状態値を前記所定値以上に維持する制御部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記バッテリの充電状態値が所定値以上であれば前記補正量がゼロに維持され、前記所定値より低下すれば前記低下量に比例して前記補正量が増大し、かつ前記補正量に過充電保護のための上限値が設けられたことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記所定値が前記バッテリの放電禁止値であることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記電気機器類の前記第１消費電力検出値は前記駆動モータの消費電力検出値を含む他の検出値に比べて検出精度が低いことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態によれば、前記ジェネレータがエンジンと連結し、前記制御部が前記エンジンおよび前記ジェネレータへの要求トルクを制御することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一実施の形態によれば、バッテリの充電状態値が所定値より低下すると、当該充電状態値の低下量に応じて増大する補正量を生成し、その補正量を電気機器類の消費電力検出値に加算することで、電気機器類の消費電力検出値が実際の消費電力（実値）よりも小さい値であったとしても、ジェネレータの発電電力を適正化することができ、バッテリの充電状態値を適正に維持して車両停止を回避できる。
また、本発明の一実施の形態によれば、バッテリの充電状態値の減少が所定値までは電気機器類の消費電力検出値の補正は実行されず、所定値より低下したときに低下量に比例した補正が実行されることで、バッテリの充電状態が所定値より低下したときに低下量に応じて発電電量が増大し、バッテリの充電状態の適正化が迅速に行われる。
また、本発明の一実施の形態によれば、上記補正の実行開始基準となる所定値がバッテリの放電禁止値であることで、バッテリ充電電力の過少状態による車両停止を有効に回避できる。
また、本発明の一実施の形態によれば、検出あるいは演算精度が比較的低い電気機器類の消費電力検出値を補正することで、たとえば車両における補機類のように消費電力誤差が比較的大きい場合であってもバッテリの充電状態値を適正に維持して車両停止を有効に回避できる。
また、本発明の一実施の形態によれば、ジェネレータがエンジンと連結して発電電力が制御されることで、いわゆるハイブリッド車両でバッテリの充電状態値を適正に維持して車両停止を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態による電動車両の概略的構成を示すブロック図である。

【図2】本実施形態による電動車両における車両ＥＣＵの動作を説明するための機能ブロック図である。

【図3】図２に示す補正量生成部の補正量Δの一例を示すグラフである。

【図4】本実施形態による制御装置の動作の一例を示すタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

電動車両１０は、駆動モータ１０１、バッテリ１０２、ジェネレータ１０３、エンジン１０４、および補機類１０５を有し、さらにそれらの制御系として車両ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２００、ＭＣＵ(Motor Control Unit；モータ制御ユニット)２０１、ＢＭＵ(Battery Control Unit：バッテリ制御ユニット) ２０２、ＧＣＵ(Generator Control Unit：ジェネレータ制御ユニット)２０３、 エンジン（ＥＮＧ）ＥＣＵ２０４、および補機ＥＣＵ２０５を備える。なお、図１において、実線は電力線、破線は通信線を示し、バッテリ１０２、駆動モータ１０１、ジェネレータ１０３および補機類１０５の間にはインバータおよびＤＣ－ＤＣコンバータからなる回路が構成されているが、ここでは省略されている。

【0013】

駆動モータ１０１は電力を用いて稼働し電動車両１０の駆動輪を回転させ、また電動車両１０の減速時には回生発電を行い回生制動力を発生させる。バッテリ１０２は駆動モータ１０１を稼働させる電力を蓄積する。バッテリ１０２で蓄積する電力は、例えば後述するジェネレータ１０３で発電した電力、駆動モータ１０１の回生発電により発生した電力、図示しない充電機構により外部電源が接続されて供給される電力などが挙げられる。本実施形態では、バッテリ１０２からの出力（放電）電力を正、バッテリ１０２に対する入力（充電）電力を負として説明する。

【0014】

ジェネレータ１０３はエンジン１０４により駆動され、駆動モータ１０１や電動車両１０の補機類１０６で用いる電力を発電する。なお、ジェネレータ１０３で発電した電力のうち駆動モータ１０１や電動車両１０の補機類１０６で使用しない余剰分はバッテリ１０２に蓄積される。またジェネレータ１０３はバッテリ１０２の充電率ＳＯＣが小さくなった場合などにバッテリ１０２で蓄積するための電力を発電する。エンジン１０４は燃料を燃焼させて稼働する内燃機関であり、ジェネレータ１０３の回転軸に連結されている。なお、車両１０の走行状態に基づきエンジン１０４が車両１０の駆動輪を回転させる、いわゆるパラレル走行が可能であってもよい。

【0015】

車両ＥＣＵ２００は、ＭＣＵ２０１、ＢＭＵ２０２、ＧＣＵ２０３、エンジンＥＣＵ２０４および補機ＥＣＵ２０５とそれぞれ接続され、電動車両１０の制御装置として車両全体の制御を司る。また、車両ＥＣＵ２００には、アクセルペダルの操作量ＡＰを検知するアクセルペダルセンサ、ブレーキペダルの操作量を検知するブレーキペダルセンサ、電動車両１０の走行速度Ｖを検知する車速センサなどの各種センサ類が接続されている。

【0016】

ＭＣＵ２０１は駆動モータ１０１を、ＢＭＵ２０２はバッテリ１０２を、ＧＣＵ２０３はジェネレータ１０３を、エンジンＥＣＵ２０４はエンジン１０４を、補機ＥＣＵ２０５は補機類１０５を、それぞれ制御する。補機類１０５は、たとえばエアコン用電動コンプレッサー、フロント／リアガラスヒータ、ヒーテッド・ドアミラー、各種ランプ類等の電力を消費する電機機器類が含まれる。後述するように、ＢＭＵ２０２はバッテリ状態量としてバッテリ１０２のＳＯＣ、温度等の情報を車両ＥＣＵ２００へ出力する。また補機ＥＣＵ２０５は補機類１０５で消費される電力をＤＣ－ＤＣコンバータ等のセンサ値を用いて演算し、その演算値Ｐ１を車両ＥＣＵ２００へ出力する。

【0017】

なお、車両ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプロセッサ、プロセッサが実行する制御プログラム等を格納するＲＯＭ（Read-only memory）、制御プログラムの作業領域としてのＲＡＭ(Random access memory)、周辺回路等とのインターフェース部などを含んで構成される。本実施形態による制御機能は車両ＥＣＵ２００のプロセッサ上でプログラムを実行することにより実装され得る。

【0018】

以下、本実施形態による制御装置として機能する車両ＥＣＵ２００について詳細に説明する。本実施形態は駆動モータ１０１等に比べて消費電力の検出精度が低い車載電気機器類に対して適用可能であるが、ここでは補機類１０５をこのような車載機器類の一例として示す。その理由は、これら補機類１０５の消費電力の検出値がセンサや演算精度の不足により実際よりも小さい値となり得るからである。本実施形態によれば、以下詳述するように、補機類１０５の消費電力演算値をバッテリ１０２のＳＯＣに応じて補正することでＳＯＣの限度を越えた低下を防止し、あるいはＳＯＣを上昇させることができる。

【0019】

図２に例示するように、車両ＥＣＵ２００には以下の機能が実装される。補正量生成部３０１は後述する補正量Δを生成し、加算部３０２はセンサ検出値から算出された補機消費電力演算値Ｐ１に補正量Δを加算して補機消費電力Ｐ２（＝Ｐ１＋Δ）を出力する。加算部３０３は、車両駆動電力Ｐｄと、加算部３０２から入力した補機消費電力Ｐ２と、目標充電電力Ｐｔｃとを加算して目標発電電力Ｐｔｇを生成し制限部３０５へ出力する。ここで車両駆動電力Ｐｄはアクセル操作ＡＰや車速Ｖにより変化し、目標充電電力Ｐｔｃはバッテリ１０２のＳＯＣの低下に応じて設定される。

【0020】

また加算部３０４は、モータ消費電力Ｐｍと補機消費電力Ｐ２と充電可能電力Ｐｃｐとを加算して上限発電電力Ｐｕｇを生成し制限部３０５へ出力する。ここでモータ消費電力Ｐｍは実際に駆動モータ１０１により消費される電力であり、充電可能電力Ｐｃｐはバッテリ１０２の温度によって変化する。制限部３０５は、目標発電電力Ｐｔｇと上限発電電力Ｐｕｇのうち小さい方の値を要求発電電力Ｐｒｇとして出力し、要求発電電力Ｐｒｇがエンジン１０４およびジェネレータ１０３への要求トルクに反映される。

【0021】

登坂路や高速道路などでの高負荷走行で、要求発電電力Ｐｒｇよりもモータ消費電力Ｐｍが大きくなると、駆動モータ１０１にはジェネレータ１０３の電力だけでなくバッテリ１０２の電力も供給され、バッテリ１０２は放電状態となる。高負荷走行が続けば、目標充電電力Ｐｔｃ通りに充電できず、バッテリ１０２の充電機会が減少する。また、バッテリ１０２が低温になると充電可能電力Ｐｃｐが低下することで、上限発電電力Ｐｕｇが低下し要求発電電力Ｐｒｇが制限されることで、バッテリ１０２の充電機会が減少する。さらに、補機消費電力演算値Ｐ１が実際の値Ｐ０より小さければ、目標発電電力Ｐｔｇおよび上限発電電力Ｐｕｇが低下するため、相対的にモータ消費電力Ｐｍが大きくなるため、バッテリ１０２の充電機会が減少する。これらの条件が相まって充電機会が減少することで、ＳＯＣが低下する。ＳＯＣの低下でバッテリ１０２の放電を禁止する場合は、車両駆動電力Ｐｄとモータ消費電力Ｐｍが一致するよう駆動モータ１０１の出力が制限される。放電によりＳＯＣが放電禁止レベルに低下すると、後述するように目標発電電力Ｐｔｇは補機消費電力演算値Ｐ１に補正量Δを加算した補機消費電力Ｐ２（＝Ｐ１＋Δ）を用いて計算されるので、その補正量Δだけ発電電力を上昇させることができ、ＳＯＣの過剰な低下を防止できる。

【0022】

なお、図２に例示する機能は車両ＥＣＵ２００のプロセッサ上でプログラムを実行することにより実装され、加算部３０３、３０４および制限部３０５の機能は既存の制御構成を使用可能である。したがって本実施形態の特徴的機能は補正量生成部３０１および加算部３０２により実現され得る。以下、この特徴的機能について説明する。

【0023】

図３に例示するように、補正量生成部３０１はバッテリ１０２のＳＯＣが所定レベルよりに低下すると、その低下量に応じて補正量Δを大きくする。ＳＯＣに対する補正量ΔはＳＯＣが所定レベルより低下するほど大きくなり、これによりエンジン発電量を増加させ、ＳＯＣの低下を回避し、あるいは迅速に所定レベル以上に上昇させる。

【0024】

図３に例示する補正量Δは、所定レベルを予め設定されたバッテリ放電禁止ＳＯＣとすれば、ＳＯＣが放電禁止値Ｂ１以上では補正量Δ＝０として補機消費電力を補正しない（領域Ｒ１）。ＳＯＣが放電禁止値Ｂ１より低下すると、ＳＯＣの低下量に応じて補正量Δを増加させる（領域Ｒ２）。ここでは放電禁止値Ｂ１からのＳＯＣ低下量に比例して補正量Δを増加させる。ただし、補正量Δはバッテリ１０２が過充電にならない範囲に制限され、ここではΔ_ＵＬを上限とする。したがって補正量Δが上限Δ_ＵＬに達するＳＯＣ値Ｂ２よりＳＯＣが低下しても補正量Δはそれ以上増加しない（領域Ｒ３）。

【0025】

このように、補機類１０５の消費電力の検出値Ｐ１が実際の消費電力（実値）Ｐ０よりも小さい値であったとしても、補機消費電力の検出値Ｐ１に補正量Δを上乗せすることで、結果的に発電電力を適正化することができ、バッテリ１０２のＳＯＣが過剰に低下する事態を回避できる。以下、図４を参照しながら、本実施形態による補正制御が適用された電動車両１０の動作を説明する。

【0026】

図４（Ｂ）に示されるように、補機類１０５の消費電力の演算値Ｐ１がセンサや演算精度の不足により実際の補機消費電力Ｐ０よりも小さい場合、その過小評価された補機消費電力演算値Ｐ１に車両駆動電力Ｐｄと目標充電電力Ｐｔｃとを加えて目標発電電力Ｐｔｇが生成され、それにより発電が行われる。その結果、バッテリ１０２の充電電力が低下し、目標充電電力Ｐｔｃが充電可能電力Ｐｃｐを上回ることで放電傾向となったバッテリ１０２のＳＯＣが図４（Ａ）に示すように放電禁止値Ｂ１まで低下する。

【0027】

時点ｔ１にバッテリ１０２のＳＯＣが放電禁止値Ｂ１まで低下したとすれば、車両ＥＣＵ２００（補正量生成部３０１）は、図３に示すように、放電禁止値Ｂ１より低下したＳＯＣ低下量に応じて補正量Δを増加させる。これにより補機消費電力演算値Ｐ１に補正量Δが加算されて補機消費電力Ｐ２が増大し、増大した補機消費電力Ｐ２に車両駆動電力Ｐｄと目標充電電力Ｐｔｃとを加えて目標発電電力Ｐｔｇが生成される。したがって図４の時点ｔ１～ｔ２に示すように、補機消費電力Ｐ２の増加により補機消費演算値Ｐ１の過小評価が解消され、エンジン発電電力が増大し、それによりバッテリ１０２が充電状態となってＳＯＣが放電禁止レベルまで回復し維持される。

【0028】

上述したように、本実施形態によれば、補機類１０５の消費電力の検出値Ｐ１が実際の消費電力（実値）Ｐ０よりも小さい値であったとしても、補機消費電力の検出値Ｐ１に補正量Δを上乗せすることで、結果的に発電電力を適正化することができ、バッテリ１０２のＳＯＣが過剰に低下する事態を回避できる。

【0029】

従来では、図４（Ｂ）に示すように、過小評価された補機消費電力Ｐ１のままでエンジン発電を行うために、バッテリ１０２が放電状態のままＳＯＣが放電禁止値を越えて低下し続ける。このために図４に示す時点ｔ３でバッテリ１０２の残量が枯渇し、高電圧遮断となって車両１０が停止してしまう。

【0030】

これに対して、本実施形態によれば、放電禁止レベルまでＳＯＣが低下すると、検出された補機消費電力Ｐ１に補正量Δを加算してエンジン発電量を増大させるので、従来例のような車両停止を有効に回避できる。

【符号の説明】

【0031】

１０ 電動車両
１０１ 駆動モータ
１０２ バッテリ
１０３ ジェネレータ
１０４ エンジン
１０５ 補機類
２００ 車両ＥＣＵ（電子制御ユニット）
２０１ モータ制御ユニット（ＭＣＵ）
２０２ バッテリ制御ユニット（ＢＭＵ）
２０３ ジェネレータ制御ユニット（ＧＣＵ）
２０４ エンジン制御ユニット（ＥＮＧ ＥＣＵ）
２０５ 補機制御ユニット（補機ＥＣＵ）
３０１ 補正量生成部
３０２～３０４ 加算部
３０５ 制限部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】