(57)【要約】【課題】補機バッテリの状態を正確に判定して、適切な充電制御が行なえる電動車両の制御装置を提供する。【解決手段】補機バッテリを充電可能な第１電圧αと第１電圧αよりも低い第２電圧βとの間で連続的に変化する電圧に降圧するように降圧コンバータを駆動して補機バッテリを充電する（ステップＳ４，Ｓ５）。補機バッテリを充電中に補機バッテリの出力電流または出力電圧の変化に基づいて補機バッテリの残存容量の状態を判定し、補機バッテリの残存容量が有ると判定（ステップＳ６）した際に電動車両の走行を許可する（ステップＳ８）。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を発生させるモータに電力を供給する高電圧バッテリと、補機に電力を供給する低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリの電圧または電流を検出する検出部と、前記高電圧バッテリおよび前記低電圧バッテリの間に接続され、前記高電圧バッテリの電圧を降圧させて前記低電圧バッテリを充電する降圧コンバータとを備えた電動車両の制御装置において、
前記低電圧バッテリの充電を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記低電圧バッテリを充電可能な第１電圧と前記第１電圧よりも低い第２電圧との間で連続的に変化する電圧を前記低電圧バッテリに出力するように前記降圧コンバータを制御し、前記低電圧バッテリを充電中に前記低電圧バッテリの電流または電圧の変化に基づいて前記低電圧バッテリの残存容量の状態を判定し、前記低電圧バッテリの残存容量の状態が充電不要な状態であると判定した際に前記電動車両の走行を許可する
ことを特徴とする電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動力を発生させるモータに電力を供給するメインバッテリと、パーキングブレーキやエアコン等の補機類に電力を供給する補機バッテリとが搭載されている電動車両の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、駆動力を発生させるモータに電力を供給する高電圧のメインバッテリと、補機に電力を供給する低電圧の補機バッテリとを搭載した電動車両が知られている（例えば特許文献１参照）。このような車両では、メインバッテリの電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより降圧し、降圧した電力によって補機バッテリが充電される。
【０００３】
上記の車両の走行にはメインバッテリの電力が使用され、補機バッテリの電力が車両の走行に直接使用されることはないが、補機バッテリはパーキングブレーキなどの補機類の動力源であるから、補機バッテリが劣化してその充電残量が低下すると、電動車両の走行に支障を来すことになる。特許文献１に記載された装置は、補機バッテリの異常の一例として短絡が生じた場合に、メインバッテリを電圧コンバータを介して補機類に接続し、メインバッテリから補機類に電力を供給するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−７８７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された装置によれば、補機バッテリが放電できなくなった場合に、メインバッテリが代替的に補機類に電力を供給する。したがって、補機バッテリによる放電の不足の他の例として補機バッテリが劣化した場合にも、メインバッテリが補機類に電力を供給することが望まれる。しかしながら、補機バッテリは多くの場合、鉛蓄電池が使用されており、この種のバッテリの劣化を正確に判定することは困難である。そのため、従来では、補機バッテリの劣化が原因となって、走行中に路上故障が発生する可能性があった。そのような不都合を回避するために、補機バッテリを頻繁に交換したり、予備のバッテリを搭載することが考えられる。しかしながら、補機バッテリを頻繁に交換するとすれば、車両の維持コストが高くなり、また資源の無駄遣いになる可能性があり、また予備のバッテリを搭載するとすれば、車両のコストが高くなり、また車重が増大する不都合がある。
【０００６】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであって、劣化などによる補機バッテリの異常で走行に支障を来さないように電動車両を制御できる装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、この発明は、駆動力を発生させるモータに電力を供給する高電圧バッテリと、補機に電力を供給する低電圧バッテリと、前記低電圧バッテリの電圧または電流を検出する検出部と、前記高電圧バッテリおよび前記低電圧バッテリの間に接続され、前記高電圧バッテリの電圧を降圧させて前記低電圧バッテリを充電する降圧コンバータとを備えた電動車両の制御装置において、前記低電圧バッテリの充電を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記低電圧バッテリを充電可能な第１電圧と前記第１電圧よりも低い第２電圧との間で連続的に変化する電圧を前記低電圧バッテリに出力するように前記降圧コンバータを制御し、前記低電圧バッテリを充電中に前記低電圧バッテリの電流または電圧の変化に基づいて前記低電圧バッテリの残存容量の状態を判定し、前記低電圧バッテリの残存容量の状態が充電不要な状態であると判定した際に前記電動車両の走行を許可することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、補機バッテリの充電電圧を第１電圧と第２電圧との間で連続的に変化させる。補機バッテリの充電中に、充電電圧の変化に伴って補機バッテリの電流または電圧が変化する。この変化に基づいて補機バッテリの劣化を判定する。このため、例えばバッテリの内部抵抗などの変化に依存せずに補機バッテリの状態を正確に判定することができるようになり、よって補機バッテリへの充電が適切に行なえる。また、充電しながら補機バッテリの状態を判定できるため、走行を許可するまでの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係る電動車両の一例を示すブロック図である。
【図２】制御装置の充電および判定の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】補機バッテリの充電電圧を変化させた場合の残存容量の高低に応じた充放電の状態の変化を説明するための模式的なタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。この発明に係る電動車両は、電気自動車であってもよいし、駆動力源であるエンジン及びモータを備えたハイブリッド車両であってもよい。要は、駆動力を発生させるモータが接続された主負荷回路に電力を供給する高電圧バッテリと、パーキングブレーキ用アクチュエータ等を含む補機類に電力を供給する低電圧バッテリとが搭載された車両であればよい。
【００１１】
このような電動車両では、高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間に設けられたリレー装置により、電力の供給と遮断とが切換えられる。例えば、車両の始動スイッチがオンされた後にリレー装置が閉じられて高電圧バッテリから低電圧バッテリへの充電制御が行なわれる。この充電制御中に、低電圧バッテリの状態を判定する。
【００１２】
図１は、この発明に係る電動車両の一例を示すブロック図である。図１に示すように、電動車両１は、メインバッテリ（高電圧バッテリ）２と補機バッテリ（低電圧バッテリ）３とを備えている。メインバッテリ２には、走行用モータ４が電力変換器５を介して接続される。電力変換器５は、メインバッテリ２の直流電力を走行用モータ４の駆動電力に変換する。走行用モータ４は、例えば三相交流モータである。電力変換器５は、メインバッテリ２の電圧を昇圧するコンバータと、昇圧された直流電力を走行用モータ４の三相交流電力に変換するインバータとを備えている。走行用モータ４は、メインバッテリ２から電力の供給を受けてトルクを出力し、そのトルクを駆動輪に伝達する。
【００１３】
メインバッテリ２は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成されてよい。また、電気二重層キャパシタによって、または二次電池とキャパシタとの組合せ等によってメインバッテリ２を構成してもよい。
【００１４】
補機バッテリ３は、補機６に電力を供給する。補機６は、車両の走行に関与しない機器、例えばランプ類、オーディオ類等と、車両の走行に関わる重要な機器、例えばパーキングブレーキ機構を作動させるブレーキアクチュエータ７を含むシフトバイワイヤ装置等がある。なお、補機バッテリ３は、リチウムイオン電池等で構成されていてもよい。補機バッテリ３が出力する電圧は、メインバッテリ２から出力される電圧よりも低い。
【００１５】
メインバッテリ２と補機バッテリ３との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）８が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ８は、メインバッテリ２の電圧を降圧し、降圧した電圧で補機バッテリ３を充電する。ＤＣ−ＤＣコンバータ８は、例えばフィルタ９と、トランジスタ−ブリッジ回路であるＤＣ−ＡＣ変換部１０と、トランス１１と、整流部１２と、平滑部１３とを備えており、メインバッテリ２に接続される電力ライン間の電圧を所定の電圧に降圧する。また、メインバッテリ２から補機６，７への電力供給を補う場合には、補機バッテリ３の出力電圧（公称電圧）と略同じ電圧に降圧する。なお、補機６，７として高圧系の補機と低圧系の補機とがある場合には、複数の電圧にそれぞれ降圧して供給してもよい。
【００１６】
このようなＤＣ−ＤＣコンバータ８は、制御装置（制御部）１４からの動作指示に応じて作動する。つまりＤＣ−ＤＣコンバータ８は、作動時に制御装置１４から受けた電圧指令値に応じて、補機６，７および補機バッテリ３に電力を供給する電力ラインへの出力電圧を制御する。制御装置１４は、補機バッテリ３を充電する際に、ＤＣ−ＤＣコンバータ８が出力する電圧が、補機バッテリ３に充電可能な第１電圧と第１電圧よりも低い第２電圧との間で連続的に変化するようにＤＣ−ＤＣコンバータ８を駆動させる。
【００１７】
メインバッテリ２と電力変換器５との間には、メインリレー装置１５が接続されている。メインリレー装置１５は、制御装置１４により開閉が制御される。例えば電動車両１の始動スイッチ１６がオンすると、制御装置１４はメインリレー装置１５を閉じてメインバッテリ２と電力変換器５とを電気的に接続する。制御装置１４は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等との間で通信を制御するインターフェース部などで構成され、電動車両１の全体を統括的に制御する装置であってよい。
【００１８】
メインバッテリ２とＤＣ−ＤＣコンバータ８との間には、充電リレー装置１７が接続されている。充電リレー装置１７は、制御装置１４により開閉が制御される。例えば制御装置１４は、始動スイッチ１６がオンされると、充電リレー装置１７をオンしてメインバッテリ２をＤＣ−ＤＣコンバータ８に接続する。制御装置１４は、補機バッテリ３を充電する際に、メインリレー装置１５をオフにするとともに充電リレー装置１７をオンにする。なお、電動車両１の始動状態には、アクセサリオンとＲｅａｄｙオンとの２つのモードがある。アクセサリオンは、充電リレー装置１７がオンし、かつメインリレー装置１５がオフされた状態であり、電動車両１の走行が許可されていない状態である。Ｒｅａｄｙオンは、メインリレー装置１５と充電リレー装置１７とが共にオンされた状態であるため、電動車両１の走行が許可された状態である。
【００１９】
メインバッテリ２には、第１電圧センサ２０が設けられている。第１電圧センサ２０は、メインバッテリ２の電圧を検出する。また、電力変換器５に電力を供給する電力ラインには、第１電流センサ２１が設けられている。第１電流センサ２１は、電力変換器５に電力を供給する電力ラインの電流を検出する。第１電圧センサ２０で検出された第１電圧値、および第１電流センサ２１で検出された第１電流値は、制御装置１４にそれぞれ送られる。制御装置１４は、得られた第１電圧値および第２電流値を用いてメインバッテリ２の残存容量（ＳＯＣ(State Of Charge)）を算出する。
【００２０】
補機バッテリ３には、第２電圧センサ２２が設けられている。第２電圧センサ２２は、補機バッテリ３の電圧（出力電圧）を検出する。補機６，７に電力を供給する電力ラインには、第２電流センサ２３が設けられている。第２電流センサ２３は、電力ラインの電流（出力電流）を検出する。第２電圧センサ２２で検出された第２電圧、および第２電流センサ２３で検出された第２電流は、制御装置１４にそれぞれ送られる。第２電圧センサ２２および第２電流センサ２３は、この発明の実施例における検出部の一例である。
【００２１】
制御装置１４は、電力変換器５およびＤＣ−ＤＣコンバータ８等の駆動を制御し、また、メインバッテリ２と補機バッテリ３との充電状態の監視、およびこれら２つのバッテリ２，３からの電力供給、あるいは２つのバッテリ２，３の充電のための制御を行う。
【００２２】
メインバッテリ２の充電は、例えばエンジンによって発電機（それぞれ図示せず）を駆動して発電することにより、あるいはブレーキ操作時に電動車両の慣性力で走行用モータ４を駆動して発電をすることにより行われる。つまり走行用モータ４は、発電機の機能を有する交流同期電動機であり、交流電力によって駆動される。電力変換器５は、電力を直流から交流、あるいは交流から直流に変換する。
【００２３】
制御装置１４は、判定部２５を備えている。判定部２５は、ＤＣ−ＤＣコンバータ８を駆動して補機バッテリ３を充電している期間中に、補機バッテリ３の電流または電圧に基づいて補機バッテリ３に充電が必要とされる状態（残存容量が不足している状態）か否か、あるいは劣化を判定する。そして、制御装置１４は、判定部２５が判定した補機バッテリ３の残存容量の状態に基づいて電動車両１の走行の許可を判断する。この実施例では、補機バッテリ３の残存容量の状態が充電を必要とする状態、つまり残存容量が不足していると判定した際に電動車両１の走行を禁止し、また、補機バッテリ３の残存容量が充電を必要としない状態、つまり補機バッテリ３の容量が有ると判定した際には電動車両１の走行を許可する。この制御の例の詳細は後述する。
【００２４】
制御装置１４は、スマートエントリシステムのアンテナによって電子キーがキャビン外に検知された場合、あるいはドアの開閉に対応した信号を出力するカーテシスイッチがオンにされた場合に、電動車両１への乗車を検出する。その乗車を検出した場合に、電動車両１を始動させるための準備（スタンバイ）状態として、少なくともルームランプを点灯させる。ルームランプは、補機６に含まれ、よって補機バッテリ３からの電力供給により点灯する。
【００２５】
その後、運転者がキャビンに乗り込んで電動車両１を始動させるべく、始動スイッチ１６が操作される。始動要求があった場合には、始動スイッチ１６が押されてアクセサリオンとされた場合や、ブレーキペダルを踏み込んだ状態で始動スイッチ１６が押されてＲｅａｄｙオンとされた場合に、制御装置１４は、始動要求がありと判断して、充電リレー装置１７をオンしてメインバッテリ２からＤＣ−ＤＣコンバータ８への電力供給を許容するとともに、補機６，７におけるスタンバイ状態で起動させていない機器、例えばブレーキアクチュエータ７等の作動を許容する。なお、Ｒｅａｄｙオンとされた場合には、メインリレー装置１５がオンされて、メインバッテリ２から走行用モータ４への電力供給が許容される。つまり制御装置１４は、電動車両１の走行を許可する。なお、ブレーキペダルの踏み込みの検出は、ブレーキペダルストロークセンサ２７で行われる。ブレーキペダルストロークセンサ２７は、制御装置１４に接続されている。
【００２６】
電動車両１は、補機バッテリ３が劣化した場合であっても、メインバッテリ２の電力を使って電動車両１を走行させることが可能である。しかしながら、フェールセーフの観点から、メインバッテリ２からの電力供給と補機バッテリ３からの電力供給との両者が可能であることが必要である。例えば電動車両１が走行を開始するのに重要な補機としてシフトバイワイヤ装置におけるパーキングブレーキ機構２８を搭載する電動車両１においては、パーキングブレーキ機構２８用のブレーキアクチュエータ７が作動しなくなってパーキングブレーキ機構２８が車輪のロックを解除できない事態、あるいは再度のロックができない事態を回避するために、補機バッテリ３からの電力供給が必要になる。よって、補機バッテリ３の残存容量の状態の判定を行う必要がある。
【００２７】
図２は、制御装置１４の動作を説明するフローチャートである。図２に示すようにステップＳ１にて始動スイッチ１６がオンされて電動車両１の始動要求があると、ステップ２に移行する。なお、ステップＳ１で否定的に判断された場合には、始動要求を待つ（始動要求の検出を繰り返す。）ステップＳ２にて充電リレー装置１７をオンしてメインバッテリ２とＤＣ−ＤＣコンバータ８とを電気的に接続する。その後、ステップＳ３にてＤＣ−ＤＣコンバータ８を駆動させる。
【００２８】
その後、制御装置１４は、ステップＳ４にてメインバッテリ２により補機バッテリ３を充電する際の充電電圧を第１電圧αに設定する指令をＤＣ−ＤＣコンバータ８に送出する。第１電圧αは、補機バッテリ３の公称電圧（例えば１２ボルト）よりも高い電圧であってよい。ステップＳ５では、補機バッテリ３の充電電圧を第１電圧αよりも低い第２電圧βに降圧する指令をＤＣ−ＤＣコンバータ８に送出する。第２電圧βは、補機バッテリ３の公称電圧よりも低い電圧であってよい。一例として、第１電圧αおよび第２電圧βは、十数ボルトとすることができる。
【００２９】
補機バッテリ３が例えばリチウムイオン電池によって構成されている場合、残存容量と電流値との相関関係が低容量でもある程度正確に成立する。したがって、第２電圧βで充電した場合、残存容量に対応した電流値が検出される。また、その電流値は、補機バッテリ３の劣化の状態に応じて変化した値となる。そのため、相対的に高電圧の第１電圧αでの充電だけでなく、低電圧の第２電圧βで充電することにより、補機バッテリ３の劣化が判る。
【００３０】
補機バッテリ３が劣化していなければ、上記のステップＳ４およびステップＳ５による充電を行うことにより補機バッテリ３の容量が増加し、これとは反対に補機バッテリ３の劣化が進行していれば、補機バッテリ３の容量が増えない。そこで、ステップＳ６にて判定部２５は、ステップＳ４からステップＳ５での動作で降圧した電圧で補機バッテリ３を充電中に、補機バッテリ３の電圧、または電流に基づいて補機バッテリ３の容量が有るか否かを判定する。この判定は、一例として、予め定めた判定基準値と検出されたバッテリ容量とを比較して行うことができる。ステップ６にて補機バッテリ３の容量が有る（充電不要）と判定されるとステップＳ７に移行する。ステップ６にて補機バッテリ３の容量が無い（不足）と判定されると、ステップＳ４に戻る。つまり、補機バッテリ３の容量が無いと判定されるとＤＣ−ＤＣコンバータ８は、再びメインバッテリ２の出力電圧を第１電圧αと第２電圧βとの間で連続的に変化する電圧に制御して補機バッテリ３の充電を継続するように駆動される。
【００３１】
ステップＳ７にて制御装置１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ８の駆動を停止し、その後、パーキングブレーキ解除を許可する。つまり、制御装置１４は、補機バッテリ３の容量が有ると判定されることでパーキングブレーキ機構２８を解除する条件が成立したと判断して、ブレーキアクチュエータ７を作動させる。これにより、電動車両１の車輪のロックが解除される。走行を可能にするためである。その後、制御装置１４は、電動車両１の走行を許可する。つまり、制御装置１４は、メインリレー装置１５をオンしてメインバッテリ２と電力変換器５とを電気的に接続する。その後、制御装置１４は、アクセルペダルの踏み込み量、車速、およびメインバッテリ２の残存容量等の情報に基づいて走行用モータ４の目標出力を算出し、算出した目標出力が実現されるように電力変換器５を制御する。なお、補機バッテリ３が劣化している場合には、充電電圧を印加してもその残存容量が増加しないので、上記のステップＳ６で否定的に判断され、そのため、ステップＳ８に到ることがない。すなわち、電動車両１の走行が禁止される。
【００３２】
図３は、上述した制御を行った場合の充放電の状況の変化を説明するためのタイムチャートである。図３に示すようにＤＣ−ＤＣコンバータ８は、第２電圧βから第１電圧αに向けて連続的に上がる上昇電圧Ｂと、第１電圧αから第２電圧βに向けて連続的に下がる下降電圧Ｃとを交互に作り出して補機バッテリ３を充電する。判定部２５は、補機バッテリ３の充電中に、補機バッテリ３の電流もしくはその変化に基づいて補機バッテリ３の劣化や残存容量を判定する。
【００３３】
例えば補機バッテリ３の充電中に充電電圧を変化させることで補機バッテリ３の電流値が変化する。そこで、補機バッテリ３の充電中に補機バッテリ３の出力電流の変化を監視する。判定部２５は、補機バッテリ３の出力電流が０Ａ（ゼロアンペア）よりも大きい電流で電流値を検出した期間を充電期間Ｅと判定し、また補機バッテリ３の出力電流が０Ａよりも小さい電流で電流値を検出した期間を放電期間Ｆと判定する。
【００３４】
充電電圧が前述した第２電圧β程度に低い状態では、補機バッテリ３の容量（残存容量）が低い場合および高い場合のいずれであっても補機バッテリ３は放電状態（図３に符号Ｆで示す）となる。この状態は、充電電圧を第２電圧βより高い第３電圧Ｄ１に昇圧するまで継続する。充電電圧をこのように高くした場合、補機バッテリ３の容量が低ければ、補機バッテリ３は充電される（図３に符号Ｅで示す）。このような状態は補機バッテリ３の電流に基づいて判定でき、またその電流値と残存容量とは、リチウムイオン電池などの電池では相関関係（対応関係）にあるので、電流値から充放電の状態を判定できる。
【００３５】
充電電圧が更に高くなって第４電圧Ｄ２になると、補機バッテリ３の容量が高くなっていても補機バッテリ３に充電される。その後、充電電圧が第１電圧αから低下し始め、上記の第４電圧Ｄ２に低下すると、補機バッテリ３の容量が高くなっていれば、補機バッテリ３は放電状態になる。これに対して補機バッテリ３の容量が低ければ、補機バッテリ３の充電が継続する。そして、充電電圧が前述した低圧側の第３電圧Ｄ１に低下すると、補機バッテリ３の容量が高低のいずれであっても放電状態になる。このように補機バッテリ３での電流の状態すなわち充放電の状態と容量とが対応しているので、電流値から補機バッテリ３の容量を判定でき、劣化して充分に充電できない場合には、低電圧であっても充電が継続するので、劣化の判定が可能になる。
【００３６】
なお、判定部２５は、補機バッテリ３の電流の変化ではなく、補機バッテリ３の電圧の変化に基づいて補機バッテリ３の残存容量の状態を判定してもよい。例えば判定部２５は、補機バッテリ３の充電中に、補機バッテリ３の電圧が、充電電圧における第１電圧αよりも低くかつ第３電圧Ｄ１よりも高い第４電圧Ｄ２以上の電圧である場合に補機バッテリ３の残存容量が有ると判定してもよい。
【００３７】
制御装置１４は、最初の上昇電圧Ｂと次の下降電圧Ｃとを１サイクルとすると、充電制御は、補機バッテリ３の容量が無い（不足している）と判定された場合には、昇圧と降圧との１サイクルを周期的に繰り返し行う制御になる。これにより、補機バッテリ３の充電が継続されるため、残存容量を回復させることができる。
【００３８】
なお、例えば第１電圧αまたは第２電圧βに降圧した回数をカウントするカウント部を制御装置１４に設け、制御装置１４は、カウント部でカウントした回数に基づいて補機バッテリ３が劣化しているか否かを判定してよい。補機バッテリ３が劣化していると判定した場合には、制御装置１４はキャビンに設けられた表示部にその旨を表示し、また警告音を発するなどの制御を併せて行ってもよい。
【００３９】
以上、この発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、この発明はこうした実施例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。したがって、上述したステップＳ７の制御を実行しないように構成することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１…電動車両、  ２…メインバッテリ、  ３…補機バッテリ、  ４…走行用モータ、  ５…電力変換器、  ６，７…補機、  ８…ＤＣ−ＤＣコンバータ、  １４…制御装置、  １６…始動スイッチ、  ２２…第２電圧センサ、  ２３…第２電流センサ、  ２５…判定部。
【図１】
2020031463.tif 000003
【図２】
2020031463.tif 000004
【図３】
2020031463.tif 000005