JP2011061909A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両において、バッテリの残量量に応じて電動エアコンの消費電力計算値を補正することにより、センサ誤差に起因する発電電力と実消費電力とのずれを解消してバッテリの過充電および過放電を抑制する。
【解決手段】ハイブリッド車両１０は、バッテリ１６と、バッテリ１６から電力供給を受けて走行用動力を出力するモータ１４と、バッテリ１６からの電力によって駆動される電動エアコン４９と、バッテリ１６のＳＯＣを目標範囲内に制御するコントローラ２６と、コントローラ２６からの指令に応じて発電を行うモータ２４とを備える。コントローラ２６は、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲上限値Ｐ_ULより大きいときは電動エアコン４９の消費電力計算値を減少させる補正を実行し、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲下限値Ｐ_LLより小さいときは電動エアコン４９の消費電力計算値を増加させる補正を実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両に係り、特に、電動エアコンを搭載した電動車両に関する。

従来、バッテリから放電される電力によってモータを駆動して走行用動力を出力させる電動車両が知られており、そのうち走行用動力源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド車両が普及している。

上記ハイブリッド車両においてモータは、電動機として機能して走行用動力を出力するのに加えて、回生制動時に車輪から入力される動力やエンジン動力を受けて発電を行う発電機としても機能するモータジェネレータであり、モータで発電された電力はバッテリに充電されるようになっている。バッテリには、高圧電力を繰り返し充放電可能な例えばリチウムイオン電池等の二次電池が好適に用いられ、バッテリの残容量（ＳＯＣ(State Of Charge)）が所定の目標範囲内に維持されるようにコントローラによって管理および制御されている。

バッテリから放電される高圧電力は、走行用モータの駆動電力として使用されるだけでなく、車両に搭載された各種補機類、例えば電動エアコン、冷却ファン、燃料ポンプ等の駆動電力としても消費される。これらの補機類の駆動電力は、バッテリからの高圧電力をＤＣ／ＤＣコンバータによって例えば１２Ｖの低電圧に降圧して供給される。

コントローラは、バッテリの充電が必要とされる場合にエンジン動力によってモータを駆動して発電させるが、そのときバッテリ要求充電量（ｋＷ）に補機類の消費電力（ｋＷ）を加えた値を発電電力指令として生成することがある。この補機類の消費電力には電動エアコンの冷媒コンプレッサ用モータの消費電力計算値が含まれ、この消費電力計算値は冷媒コンプレッサ用モータの給電経路に設けられた電圧センサおよび電流センサの各検出値に基づいて算出される。

しかし、上記電圧センサおよび電流センサによる検出精度が悪い場合がある。そうしたときに、それらのセンサによって検出された電圧値および電流値から計算された上記冷媒コンプレッサ用モータの消費電力計算値が実際の消費電力からずれることになる。そのような精度の悪い、すなわち実消費電力から外れた消費電力計算値を含んで上記発電電力指令値が生成されると、発電機によって発電される電力が過剰状態または不足状態になり、その結果、電力収支バランスが崩れてバッテリの過充電または過放電につながるおそれがある。

例えば、下記特許文献１および２には、バッテリの残容量が少なくなったときに電動エアコンによる消費電力を抑制する制御を実行することが記載されている。

特開２００４−６６８４７号公報 特開平９−３１５１３９号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に記載されるように電動エアコンの消費電力を抑制する制御を行ったとしても、上記のようにセンサ誤差に起因する電動エアコンの消費電力計算値が実消費電力からずれている場合には、やはりバッテリ残量量が目標範囲から外れてしまう事態が起き得る。

本発明の目的は、バッテリの残量量に応じて電動エアコンの消費電力計算値を補正することにより、センサ誤差に起因する発電電力と実消費電力とのずれを解消してバッテリの過充電および過放電を抑制する電動車両を提供することにある。

本発明に係る電動車両は、充放電可能なバッテリと、バッテリから電力供給を受けて走行用動力を出力するモータと、バッテリからの電力によって駆動される電動エアコンと、バッテリの残容量を目標範囲に制御するコントローラと、コントローラからの指令に応じて発電を行う発電機と、を備える電動車両であって、コントローラは、バッテリの残容量が目標範囲上限値より大きいときは電動エアコンの消費電力計算値を減少させる補正を実行し、バッテリの残容量が目標範囲下限値より小さいときは電動エアコンの消費電力計算値を増加させる補正を実行することを特徴とする。

本発明に係る電動車両では、バッテリの残容量を目標範囲に制御するコントローラが、バッテリの残容量が目標範囲上限値より大きいときは電動エアコンの消費電力計算値を減少させる補正を実行し、バッテリの残容量が目標範囲下限値より小さいときは電動エアコンの消費電力計算値を増加させる補正を実行する。これにより、電動エアコンの消費電力計算値がセンサ誤差に起因して実消費電力からずれることにより生じるバッテリの過充電および過放電を抑制して、バッテリの性能低下や短寿命化を防止することができる。

本発明の一実施形態であるハイブリッド車両の概略構成図である。 車載補機類の１つである電動エアコンの概略構成図である。 バッテリの残容量に基づいて電動エアコンの消費電力計算値を補正する処理手順を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

下記においては、本発明に係る電動車両の一例として、主として電動機として機能して走行用動力を出力するモータと主として発電機として機能するモータの２つのモータを搭載したハイブリッド車両について説明するが、本発明は、走行用動力源および発電機として用いられる１つのモータだけを搭載したハイブリッド車両、または、バッテリ充電口またはバッテリ充電器具を車両に搭載したハイブリッド車両に適用されてもよい。また、本発明は、モータだけを走行用動力源として搭載する電気自動車に適用されてもよく、この場合、走行用動力源であるモータが車両の回生制動時に発電機として機能する。

図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド車両１０の概略構成を示す。図１中、動力伝達系は丸棒状の軸要素として図示され、電力系は実線で図示され、信号系は破線で図示されている。

ハイブリッド車両１０は、走行用動力源としてのエンジン１２と、別の走行用動力源である第２のモータ（図中「ＭＧ２」と表示）１４と、エンジン１２の出力軸１８が連結される動力分配機構２０を介して回転軸２２が接続される第１のモータ（図中「ＭＧ１」と表示）２４と、第１および第２のモータ２４，１４に駆動電力を供給可能なバッテリ１６と、上記エンジン１２およびモータ２４，１２の作動を統括的に制御するコントローラ（図１中「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と表示）とを備える。

エンジン１２は、ガソリン等を燃料とする内燃機関であり、コントローラ２６からの指令に基づき始動、運転、停止等が制御される。また、エンジン１２から動力分配機構２０へと延伸する出力軸１８の近傍にはエンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ２８が設けられており、このセンサ２８により検出されるエンジン回転数Ｎｅがコントローラ２６に入力されるようになっている。

動力分配機構２０は、例えば遊星歯車機構によって好適に構成されることができる。エンジン１２から出力軸１８を介して動力分配機構２０に入力された動力は、減速機３０および車軸３２を介して駆動輪３４に伝達され、ハイブリッド車両１０がエンジン動力によって走行することができる。

また、動力分配機構２０は、出力軸１８を介して入力されるエンジン１２の動力の一部または全部を、回転軸２２を介して第１のモータ２４に入力することができる。このとき、例えば三相同期型交流モータによって好適に構成される第１のモータ２４は発電機として機能し、発電された三相交流電圧がインバータ３６によって直流電圧に変換された後、バッテリ１６に充電されることができる。

また、第１のモータ２４は、バッテリ１６からインバータを介して供給された電力により回転駆動される電動機としても機能することができ、第１のモータ２４が回転駆動されて回転軸２２に出力される動力は動力分配機構２０および出力軸１８を介してエンジン１２に入力され、エンジン１２を始動させる際にエンジン１２をクラッキングさせる。すなわち、第１のモータ２４は、セルモータとして機能する。

主として電動機として機能する第２のモータ１４は、例えば三相同期型交流モータによって好適に構成されることができ、バッテリ１６から供給される直流電圧がインバータ３８で三相交流電圧に変換されて駆動電圧として印加されることにより回転駆動される。第２のモータ１４が駆動されて回転軸１５に出力される動力は、減速機３０および車軸３２を介して駆動輪３４に伝達され、これにより電動走行またはＥＶ走行が可能になる。また、第２のモータ１４は、ユーザのアクセル操作によりハイブリッド車両１０に対して急加速要求があった場合等に、走行用動力を出力してエンジン出力をアシストする機能も有する。

さらに、第２のモータ１４は、車両の回生制動時に発電機として機能することができ、駆動輪３４から減速機３０および回転軸１５を介して入力される動力によって交流電力を発電する。第２のモータ１４で発電されて出力される三相交流電圧は、インバータ３８によって直流電圧に変換された後、バッテリ１６に充電されることができる。

インバータ３６，３８は、上述したように双方向の交流・直流変換機能を有する公知構成のものを用いることができる。また、第１のモータ２４によって発電された電力をインバータ３６からインバータ３８に直に供給して、第２のモータ１４の駆動電力として用いることもできる。

バッテリ１６には、充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等を好適に用いることができる。バッテリ１６には、バッテリ電圧Ｖｂを検出する電圧センサ４０と、バッテリ１６に出入りするバッテリ電流Ｉｂを検出する電流センサ４２、バッテリ１６の温度Ｔｂを検出する温度センサ４４とが設けられている。各センサ４０，４２，４４による検出値は、コントローラ２６に入力されてバッテリ１６のＳＯＣ（State Of Charge）を管理および制御するために用いられる。

また、バッテリ１６に接続される一対の電力ラインには、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、バッテリ１６から放電される例えば２００Ｖの高圧電力を例えば１２Ｖの低圧電力に降圧する機能を有する電圧変換器であり、電力用スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）等を含んで構成される公知構成のものを用いることができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ４６は、コントローラ２６からの信号を受けて作動制御される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の出力端子には車載補機類４８が接続されている。車載補機類４８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６によって降圧された低圧電力によって駆動される。ただし、車載補機類４８への安定した電力供給を行うためにＤＣ／ＤＣコンバータ４６と車載補機類４８との間に例えば充放電可能な鉛電池（定格電圧１２Ｖ）からなる補機バッテリ（図示せず）を電気的に接続し、この補機バッテリから供給される電力によって車載補機類４８の一部が駆動されてもよい。ここで、車載補機類４８には、電動エアコン４９（図２参照）、冷却ファン、燃料ポンプ、スイッチ類、センサ類、および制御用コンピュータ等が含まれる。

電動エアコン４９は、バッテリ１６から放電される直流電力がＤＣ／ＤＣコンバータ４６によって降圧されて供給されることで、内部に含むモータ等が駆動されて空調動作を行う電動式のエアコンである。電動エアコン４９は、コントローラ２６からの信号を受けて作動が制御されると共に、ユーザ操作による設定状況、具体的にはオン・オフ設定、温度設定、風量設定等を示す信号をコントローラ２６に送信するようになっている。

コントローラ２６は、各種の制御プログラムを実行するＣＰＵ、制御プログラム等を予め記憶するＲＯＭ、各センサ４０，４２，４４による検出値などを一時的に記憶するＲＡＭ等の含むマイクロコンピュータとして好適に構成されることができる。コントローラ２６は、エンジン回転数Ｎｅ、バッテリ電流Ｉｂ、バッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ温度Ｔｂ、アクセル開度信号Ａｃｃ、車速Ｓｖ等が入力される入力ポート、ならびに、エンジン１２、インバータ３６，３８、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６および電動エアコン４９の作動を制御する制御信号を出力する出力ポートを含む入出力インターフェースを有する。また、上記ＲＯＭには、後述する電動エアコン４９の消費電力計算値の補正に用いられる補正係数がテーブルまたはマップ等の形式で予め記憶されている。

なお、本実施形態のハイブリッド車両１０では、コントローラ２６が車両全体を一括して制御するものとして説明するが、エンジン１２、モータ１４，２４、バッテリ１６等がそれぞれ個別のコントローラ（エンジン用ＥＣＵ、モータ用ＥＣＵ、バッテリ用ＥＣＵ等）によって監視および制御され、コントローラ２６が上記各個別のコントローラと通信して全体を統括制御する構成としてもよい。

図２は、電動エアコン４９の構成を概略的に示す。電動エアコン４９は、空気通路形成部材５０内に、ブロワモータ５１によって回転駆動されるファン５２、冷媒系統６０の一部を構成するエバポレータ５４、電力供給されて発熱する電熱ヒータ５６、および、図示しないサーボモータにより回動されて空気取り込み流路を車外または車室に切り替える切り替えドア部材５８を含んで構成されている。

冷媒系統６０は、エバポレータ５４、コンプレッサモータ６４によって駆動されるコンプレッサ６６、放熱器６８、および膨張弁７０を冷媒配管７２でループ状に接続して構成されている。冷媒は、コンプレッサ６６によって圧縮されることにより高温高圧のガス状冷媒となって放熱器６８に送られる。放熱器６８を通過する際に、冷媒は外部に放熱することにより高温高圧の液状冷媒となる。そして、膨張弁７０が所定のタイミングで開閉することにより、冷媒は低温低圧の霧状冷媒となってエバポレータ５４に送られる。エバポレータ５４では、内部を流れる低温低圧の冷媒がエバポレータ５４を通過して流れる空気から吸熱して冷風が生成される。エバポレータ５４を通過した冷媒は、コンプレッサ６６に還流する。このようにして電動エアコン４９が冷房モードで運転されるとき、所定の設定温度に温調された冷風が車室内送風通路６３へと送られるようになっている。冷房時の冷風温度は、コンプレッサモータ６４の回転数や膨張弁７０の開閉タイミング等を調節することにより所望温度に設定されることができる。コンプレッサモータ６４への給電経路には電圧センサおよび電流センサ（いずれも図示せず）が設けられており、コントローラ６４はその電圧センサおよび電流センサの各検出値を乗算してコンプレッサモータ６４の消費電力計算値を算出することができる。

また、電動エアコン４９に含まれるブロアモータ５１の回転数は、ユーザ操作により又は自動的に選択される風量設定、例えば風量弱、中、強の３段階に応じて変化し、コントローラ２６はそのときの風量設定に応じたブロアモータ５１の回転数となるようにブロアモータ５１に電力供給する。

一方、電動エアコン４９が暖房モードで運転されるとき、電熱ヒータ５６に電力供給して発熱させ、ヒータ周囲を流れる空気を温めることにより温風を生成する。この温風の温度は、電熱ヒータ５６に供給される電力によって発熱量を調節することにより所望温度に設定される。

電動エアコン４９に含まれるブロアモータ５１および電熱ヒータ５６は、上記補機バッテリから電力供給されて駆動されるようになっている。補機バッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６からの出力電圧によって適宜に充電される。

続いて、上記構成からなるハイブリッド車両１０の動作について簡単に説明する。ユーザによってスタートスイッチ（図示せず）がオン操作されると、バッテリ１６からインバータ３６を介して第１のモータ２４に電力供給されて駆動され、これによりエンジン１２がクランキングされて始動される。その後、発進時に車両がＥＶ走行する場合、エンジン１２は暖機運転を終了すると運転停止されることになる。

車両速度Ｓｖが低速域から中速域にかけては、ユーザによるアクセル踏み込み量に応じた車両加速度が比較的緩やかな場合、バッテリ１６に出力制限がかかっていないことを条件に、バッテリ１６からインバータ３８を介して電力供給されて第２のモータ１４が駆動され、これによりＥＶ走行が行われる。これに対し、車両速度Ｓｖが中速域から高速域になった場合、あるいは、ユーザのアクセル操作により比較的大きな車両加速要求がある場合等に、エンジン１２を運転して走行用動力を出力させ、必要に応じて第２のモータ１４からも走行用動力を出力させる。

上記コントローラ２６は、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲（例えば４０〜８０％）内に維持されるように常時監視および制御している。コントローラ２６は、バッテリ１６の充電が必要とされる場合に発電電力指令を生成する。この発電電力指令が発せられるとエンジン動力により第１のモータ２４が駆動されて発電が行われることになるが、そのときの発電電力指令値はバッテリ要求充電量（ｋＷ）に車載補機類４８の消費電力（ｋＷ）を加えた値をとして生成される。この車載補機類４８の消費電力には電動エアコン４９のコンプレッサモータ６４の消費電力計算値が含まれ、この消費電力計算値はコンプレッサモータ６４の給電経路に設けられた電圧センサおよび電流センサの各検出値に基づいて算出される。

しかし、上記電圧センサおよび電流センサによる検出精度が悪い場合がある。そうしたときに、それらのセンサによって検出された電圧値および電流値から計算されたコンプレッサモータ６４の消費電力計算値が実際の消費電力からずれることになる。そのような精度の悪い、すなわち実消費電力から外れた消費電力計算値を含んで上記発電電力指令値が生成されると、第１のモータ２４によって発電される電力が過剰状態または不足状態になり、その結果、電力収支バランスが崩れてバッテリ１６の過充電または過放電につながるおそれがある。

そこで、本実施形態のハイブリッド車両１０では、コントローラ２６において図３に示すような制御が実行される。図３に示される制御は、電動エアコン４９がコンプレッサモータ６４が駆動されているときに、所定時間（例えば数ｍｓｅｃ）ごとに実行される。

まず、ステップＳ１０において、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲の上限値Ｐ_ULよりも大きいか否かが判定される。この判定が肯定されるときは、続くステップＳ１２において電動エアコン４９の消費電力計算値、より具体的にはコンプレッサモータ６４の消費電力計算値を減少させる補正を実行する。

上記ステップＳ１０の判定が否定されるときは、続いてステップＳ１４の処理に進む。ステップＳ１４では、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲の下限値Ｐ_LLよりも小さいか否かが判定される。この判定が否定されるときは、バッテリ１６のＳＯＣが目標範囲内にあることから、そのまま処理を終了する。一方、ステップＳ１４の判定が肯定されるときは、電動エアコン４９の消費電力計算値、より具体的にはコンプレッサモータ６４の消費電力計算値を増加させる補正を実行して、一連の処理を終了する。

上記において、コンプレッサモータ６４の消費電力計算値の補正は、コンプレッサモータ６４に適用される電圧および電流を検出する少なくとも一方のセンサのゲインを上記ＲＯＭに記憶されたテーブル等を参照して得られる補正係数を乗算することによって行われる。例えば、ステップＳ１２において上記消費電力計算値を減少させる場合には上記補正係数が例えば０．９５に設定され、一方、ステップＳ１６において上記消費電力計算値を増加させる場合には上記補正係数が例えば１．０５に設定される。

このようにしてコンプレッサモータ６４の消費電力計算値が補正されることで、コントローラ２６によって生成される発電電力指令値が適正なものになり、第１のモータ２４による発電電力の過剰状態または不足状態が解消される。これにより、コンプレッサモータ６４の消費電力計算値がセンサ誤差に起因して実消費電力からずれることによって生じるバッテリ１６の過充電および過放電を抑制することができ、その結果、バッテリ１６の性能低下や短寿命化を防止することができる。

なお、上記においては電動エアコン４９の消費電力計算値をコンプレッサモータ６４に関するものだけであるとして説明したが、電動エアコン４９に含まれる他の電力消費要素であるブロアモータ５１や電熱ヒータ５６についてもＤＣ／ＤＣコンバータ４６の出力電圧で駆動される場合には、コンプレッサモータ６４、ブロアモータ５１および電熱ヒータ５６の各消費電力計算値を合計して電動エアコン４９の消費電力合計値としてもよい。

また、上記において電動エアコン４９の消費電力計算値の補正に用いられる補正係数は、上記消費電力計算値の増加および減少のいずれの場合にもそれぞれ複数の値が予め記憶されていて、センサゲインの補正度合いに応じて適宜に選択されるようにしてもよい。

１０ ハイブリッド車両、１２ エンジン、１４ 第２のモータ、１５ 回転軸、１６ バッテリ、１８ 出力軸、２０ 動力分配機構、２２ 回転軸、２４ 第１のモータ、２６ コントローラ、２８ エンジン回転数センサ、３０ 減速機、３２ 車軸、３４ 駆動輪、３６，３８ インバータ、４０ 電圧センサ、４２ 電流センサ、４４ 温度センサ、４６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４８ 車載補機類、４９ 電動エアコン、５０ 空気通路形成部材、５１ ブロワモータ、５２ ファン、５４ エバポレータ、５６ 電気ヒータ、５８，６２ 切り替えドア部材、６０ 冷媒系統、６３ 車室内送風通路、６４ コンプレッサモータ、６６ コンプレッサ、６８ 放熱器、７０ 膨張弁、７２ 冷媒配管。

Claims (1)

1. 充放電可能なバッテリと、バッテリから電力供給を受けて走行用動力を出力するモータと、バッテリからの電力によって駆動される電動エアコンと、バッテリの残容量を目標範囲内に制御するコントローラと、コントローラからの指令に応じて発電を行う発電機と、を備える電動車両であって、
   コントローラは、バッテリの残容量が目標範囲上限値より大きいときは電動エアコンの消費電力計算値を減少させる補正を実行し、バッテリの残容量が目標範囲下限値より小さいときは電動エアコンの消費電力計算値を増加させる補正を実行することを特徴とする電動車両。

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