(57)【要約】【課題】昇圧コンバータのデューティ比をバッテリの状態に応じてより適正に設定する。【解決手段】バッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）と開放電圧との関係を予め定めたマップに対してバッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とを適用してバッテリ４０の開放電圧を導出し、導出したバッテリ４０の開放電圧とインバータ３２に供給されている電圧とに基づいて下限デューティ比を設定する。そして、モータ３０に要求される要求トルクに基づいて設定される制御用デューティ比を下限デューティ比で制限して目標デューティ比を設定すると共に設定した目標デューティ比を用いて昇圧コンバータ４２をスイッチング制御する。これにより、昇圧コンバータ４２の目標デューティ比をバッテリ４０の状態に応じてより適正に設定することができ、バッテリ４０の劣化をより適正に抑制しつつバッテリ４０の性能をより発揮させることができる。【選択図】図１
2010206898.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、負極側端子が前記駆動回路の負極側に接続されたバッテリと、前記駆動回路を含む閉回路において互いに直列に接続された第１および第２のスイッチング素子と該第１および第２のスイッチング素子の中間点と前記バッテリの正極端子とに接続されたリアクトルとを有し、デューティ比を用いて前記第１および第２のスイッチング素子のオン時間を調整することにより前記バッテリの電圧を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機に要求される要求トルクに基づいて前記駆動回路に供給される目標電圧を設定すると共に該設定した目標電圧と前記バッテリの端子間電圧とに基づいて制御用デューティ比を設定し、該設定した制御用デューティ比を下限デューティ比で制限したデューティ比で前記昇圧コンバータをスイッチング制御すると共に前記電動機から前記要求トルクが出力されるよう前記駆動回路を制御する制御手段と、を備える電気自動車において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度と該バッテリに放電可能に蓄えられた蓄電量と該バッテリの開放電圧との関係を予め定めたマップに対して前記バッテリの温度と前記バッテリの蓄電量とを適用して前記バッテリの開放電圧を導出し、該導出したバッテリの開放電圧をＯＣＶとし、前記駆動回路に供給されている電圧をＶＨとし、デューティ比をＤｕｔｙとしたときに、次式により計算されるデューティ比を前記下限デューティ比として前記昇圧コンバータを制御する手段である、
ことを特徴とする電気自動車。
Ｄｕｔｙ＝ＯＣＶ／（２・ＶＨ）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電気自動車としては、デューティ比を用いてスイッチング素子のオンオフを制御することによりバッテリの電圧を昇圧して走行用のモータに供給可能なＤＣ／ＤＣコンバータを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電気自動車では、電圧センサから入力されたモータに供給されている電圧Ｖｃとバッテリの起電圧Ｖｂｏとに基づいて次式（１）により下限デューティ比ＤＬを計算すると共に、モータに供給すべき目標電圧に基づいて設定されたデューティ比を計算した下限デューティ比ＤＬで制限したデューティ比を用いてＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、バッテリの過大な電力による充放電を抑制してＤＣ／ＤＣコンバータを制御している。
【０００３】
DL=Vbo/(2・Vc)   (1)
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の電気自動車では、電圧センサから入力されたバッテリの電圧はバッテリの内部抵抗の影響を受けて値が変動するため、バッテリの状態によっては、下限デューティ比を適正に設定することができない。これに対して、電圧センサからのバッテリの電圧に代えて固定値を用いて下限デューティ比を設定することも考えられるが、固定値として大きい値を用いると、バッテリの電圧が小さいときに必要以上にデューティ比が制限されてバッテリの性能を十分に発揮させることができず、一方、固定値として小さい値を用いると、バッテリの電圧が大きいときにバッテリに過大な電力が充放電されてしまう。
【０００６】
本発明の電気自動車は、昇圧コンバータのデューティ比をバッテリの状態に応じてより適正に設定することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電気自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の電気自動車は、
走行用の動力を出力可能な電動機と、前記電動機を駆動する駆動回路と、負極側端子が前記駆動回路の負極側に接続されたバッテリと、前記駆動回路を含む閉回路において互いに直列に接続された第１および第２のスイッチング素子と該第１および第２のスイッチング素子の中間点と前記バッテリの正極端子とに接続されたリアクトルとを有し、デューティ比を用いて前記第１および第２のスイッチング素子のオン時間を調整することにより前記バッテリの電圧を昇圧して前記駆動回路に供給可能な昇圧コンバータと、前記電動機に要求される要求トルクに基づいて前記駆動回路に供給される目標電圧を設定すると共に該設定した目標電圧と前記バッテリの端子間電圧とに基づいて制御用デューティ比を設定し、該設定した制御用デューティ比を下限デューティ比で制限したデューティ比で前記昇圧コンバータをスイッチング制御すると共に前記電動機から前記要求トルクが出力されるよう前記駆動回路を制御する制御手段と、を備える電気自動車において、
前記制御手段は、前記バッテリの温度と該バッテリに放電可能に蓄えられた蓄電量と該バッテリの開放電圧との関係を予め定めたマップに対して前記バッテリの温度と前記バッテリの蓄電量とを適用して前記バッテリの開放電圧を導出し、該導出したバッテリの開放電圧をＯＣＶとし、前記駆動回路に供給されている電圧をＶＨとし、デューティ比をＤｕｔｙとしたときに、次式（２）により計算されるデューティ比を前記下限デューティ比として前記昇圧コンバータを制御する手段である、
ことを特徴とする。
【０００９】
Duty=OCV/(2・VH)  (2)
【００１０】
この本発明の電気自動車では、電動機に要求される要求トルクに基づいて駆動回路に供給される目標電圧を設定すると共に設定した目標電圧とバッテリの端子間電圧とに基づいて制御用デューティ比を設定し、バッテリの温度とバッテリに放電可能に蓄えられた蓄電量とバッテリの開放電圧との関係を予め定めたマップに対してバッテリの温度とバッテリの蓄電量とを適用してバッテリの開放電圧を導出し、導出したバッテリの開放電圧をＯＣＶとし、電動機を駆動する駆動回路に供給されている電圧をＶＨとし、デューティ比をＤｕｔｙとしたときに、上述した式（２）により計算されるデューティ比を下限デューティ比とし、制御用デューティ比を下限デューティ比で制限したデューティ比で昇圧コンバータをスイッチング制御すると共に電動機から要求トルクが出力されるよう駆動回路を制御する。このように、予め定めたマップに対してバッテリの温度とバッテリの蓄電量とを適用してバッテリの開放電圧を導出すると共に導出したバッテリの開放電圧を用いて下限デューティ比を設定することにより、昇圧コンバータのデューティ比をバッテリの状態に応じてより適正に設定することができる。また、デューティ比を適正に設定することにより、バッテリに過大な電力が充放電されるのをより適正に抑制しつつバッテリの性能をより発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】開放電圧設定用マップの一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、例えば同期発電電動機として構成されて駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２に回転子が接続されたモータ３０と、モータ３０を駆動するためのインバータ３２と、インバータ３２を介してモータ３０と電力をやりとりするバッテリ４０と、バッテリ４０からの電力をその電圧を変換してインバータ３２に供給可能な昇圧コンバータ４２と、バッテリ４０と昇圧コンバータ４２との電気的な接続や接続の解除が可能なシステムメインリレー４８と、昇圧コンバータ４２のバッテリ４０側に接続された平滑用コンデンサ４４と、昇圧コンバータ４２のインバータ３２側に接続された平滑用コンデンサ３４と、平滑用コンデンサ４４の端子間に取り付けられた電圧センサ４６からの平滑用コンデンサ４４の電圧や平滑コンデンサ３４の端子間に取り付けられた電圧センサ３６からの平滑用コンデンサ３４の電圧（以下、「高圧系電圧」という），バッテリ４０の端子間に取り付けられた電圧センサ４０ａからの端子間電圧，バッテリ４０からの電力ラインに取り付けられた電流センサ４０ｂからの充放電電流，バッテリ４０の温度を検出する温度センサ４０ｃからのバッテリの温度，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５８からの車速を入力すると共にインバータ３２や昇圧コンバータ４２など車両全体を制御する電子制御ユニット５０と、を備える。
【００１４】
昇圧コンバータ４２は、２つのトランジスタＴ１，Ｔ２とトランジスタＴ１，Ｔ２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ１，Ｄ２とリアクトルＬとから構成されている。２つのトランジスタＴ１，Ｔ２は、それぞれインバータ３２の正極側と負極側とに接続されており、その中間点にリアクトルＬが接続されている。また、リアクトルＬとインバータ３２の負極側とにはそれぞれバッテリ４０の正極側端子と負極側端子とが接続されている。したがって、トランジスタＴ１，Ｔ２をオンオフ制御することによりバッテリ４０の直流電力をその電圧を昇圧してインバータ３２に供給したりインバータ３２に作用している直流電圧を降圧してバッテリ４０を充電したりすることができる。
【００１５】
電子制御ユニット５０は、デューティ比を用いてトランジスタＴ１，Ｔ２へのスイッチング制御信号を調整することにより、昇圧コンバータ４２の電圧変換比を変更して高圧系電圧が目標電圧となるよう制御している。具体的には、電子制御ユニット５０は、トランジスタＴ１，Ｔ２のスイッチング周期（キャリア周波数の逆数）に対してデューティ比における時間は、トランジスタＴ１をオンとすると共にトランジスタＴ２をオフとし、スイッチング周期の残りの時間は、トランジスタＴ１をオフとすると共にトランジスタＴ２をオンとする。このため、トランジスタＴ１，Ｔ２のオンオフを切り替える際にトランジスタＴ１，Ｔ２が共にオンとなるのを防止するためのデッドタイム（トランジスタＴ１，Ｔ２を共にオフとする時間）を考慮しなければ、デューティ比は、トランジスタＴ１のオン時間とトランジスタＴ２のオン時間（トランジスタＴ１のオフ時間）との和に対するトランジスタＴ１のオン時間の割合となる。このようにデューティ比を用いて昇圧コンバータ４２をスイッチング制御することにより、高圧側と低圧側とで電圧変換比をデューティ比とする電力のやりとりが行なわれる。
【００１６】
実施例の電気自動車２０は、基本的には、電子制御ユニット５０によって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。電子制御ユニット５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のためにモータ３０に要求される要求トルクを設定する。次に、設定した要求トルクと図示しない回転数センサによって検出されたモータ３０の回転数とに基づいて要求トルクやモータ３０の回転数が大きいほど大きい傾向にインバータ３２に供給すべき高圧側の目標電圧を設定し、設定した目標電圧を電圧センサ４０ａからのバッテリ４０の端子間電圧で除したものに高圧系電圧が目標電圧となるようにするためのフィードバック項を加えて昇圧コンバータ４２の制御用デューティ比を設定し、設定した制御用デューティ比を下限デューティ比で制限して目標デューティ比を設定する。そして、設定した目標デューティ比ＤＬで昇圧コンバータ４２のトランジスタＴ１，Ｔ２をスイッチング制御すると共にモータ３０から要求トルクが出力されるようインバータ３２のスイッチング素子をスイッチング制御する。実施例の電気自動車２０では、こうした制御により、モータ３０から要求トルクを出力して走行することができる。
【００１７】
次に、実施例の電気自動車２０の駆動制御における昇圧コンバータ４２の下限デューティ比ＤＬの設定について説明する。昇圧コンバータ４２の下限デューティ比ＤＬは、バッテリ４０の劣化を抑制しつつバッテリ４０の性能を十分に発揮できるデューティ比Ｄｕｔｙの制限値として電子制御ユニット５０により設定される。いま、昇圧コンバータ４２をデューティ比Ｄｕｔｙで駆動制御するときを考える。この場合、バッテリ４０からインバータ３２に供給される電力Ｐｉは、デューティ比Ｄｕｔｙとインバータ３２に供給されている高圧系電圧ＶＨとバッテリ４０に充放電される充放電電流Ｉｂとに基づいて次式（３）により求めることができる。ここで、バッテリ４０の充放電電流Ｉｂは、バッテリ４０の開放電圧ＯＣＶとバッテリ４０の内部抵抗Ｒｂと高圧系電圧ＶＨとに基づいて次式（４）により求めることができる。この式（４）を式（３）に代入すると、インバータ３２に供給される電力Ｐｉは式（５）により表すことができ、電力Ｐｉはデューティ比が次式（６）に示す下限デューティ比ＤＬのときに極大値となる。したがって、デューティ比ＤｕｔｙをＤＬより小さくすると、バッテリ４０の瞬間的な充放電電流Ｉｂは大きくなるにも拘わらず、インバータ３２に供給される電力Ｐｉは小さくなる。このため、実施例の電気自動車２０では、バッテリ４０の開放電圧ＯＣＶとインバータ３２に供給される高圧系電圧ＶＨとに基づいて昇圧コンバータ４２の下限デューティ比ＤＬを式（６）により設定するものとした。なお、バッテリ４０の充放電電流Ｉｂは、バッテリ４０の放電時を正とし、バッテリ４０の充電時を負としている。
【００１８】
Pi=Duty・VH・Ib                               (3)
Ib=(OCV-Duty・VH)/Rb                        (4)
Pi=-VH2/Rb・(Duty-OCV/(2・VH))2+OCV2/(4・Rb)   (5)
DL=OCV/(2・VH)                             (6)
【００１９】
下限デューティ比ＤＬの設定では、具体的には、電子制御ユニット５０は、温度センサ４０ａからのバッテリ４０の温度と、電流センサ４０ｂからのバッテリ４０の充放電電流Ｉｂに基づいて演算されるバッテリ４０の満充電に対する放電可能に蓄えられた蓄電量（ＳＯＣ(State of charge)）と、を入力すると共に、入力したバッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とに基づいてバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶを設定し、設定したバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶと電圧センサ３６からの高圧側電圧ＶＨとに基づいて上述の式（６）により下限デューティ比ＤＬを設定する。ここで、バッテリ４０の開放電圧ＯＣＶは、バッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）と開放電圧ＯＣＶとの関係を予め定めて開放電圧設定用マップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、バッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とが与えられると記憶したマップから対応する開放電圧ＯＣＶを導出して設定するものとした。図２に、開放電圧設定用マップの一例を示す。実施例のバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶは、図示するように、蓄電量（ＳＯＣ）が高いほど大きくなる傾向があり、蓄電量（ＳＯＣ）が低いときはあまり温度の影響を受けないものの蓄電量（ＳＯＣ）が高いときには温度が高いほど小さくなる傾向がある。こうした傾向は、用いられるバッテリの特性によって異なり、開放電圧設定用マップは、例えば、バッテリの温度や蓄電量（ＳＯＣ）を変更しながら開放電圧ＯＣＶを計測する実験などにより定めることができる。このように、予め定めた開放電圧設定用マップに対してバッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とを適用してバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶを設定すると共に設定したバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶとインバータ３２に供給されている高圧系電圧ＶＨとを用いて下限デューティ比ＤＬを設定することにより、下限デューティ比ＤＬをバッテリ４０の特性に応じてより適正に設定することができる。したがって、こうして設定された下限デューティ比ＤＬを用いて昇圧コンバータ３２の目標デューティ比を設定することにより、目標デューティ比をより適正に設定することができ、バッテリ４０に過大な電力が充放電されるのをより適正に抑制しつつバッテリの性能をより発揮させることができるのである。
【００２０】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、バッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）と開放電圧との関係を予め定めたマップに対してバッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とを適用してバッテリ４０の開放電圧を導出すると共に導出したバッテリ４０の開放電圧とインバータ３２に供給されている高圧系電圧とに基づいて下限デューティ比を設定し、モータ３０に要求される要求トルクに基づく制御用デューティ比を下限デューティ比で制限した目標デューティ比で昇圧コンバータをスイッチング制御するから、昇圧コンバータ４２の目標デューティ比をバッテリ４０の状態に応じてより適正に設定することができる。また、目標デューティ比をより適正に設定することにより、バッテリ４０に過大な電力が充放電されるのをより適正に抑制しつつバッテリ４０の性能をより発揮させることができる。
【００２１】
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３０が「電動機」に相当し、インバータ３２が「駆動回路」に相当し、バッテリ４０が「バッテリ」に相当し、昇圧コンバータ４２が昇圧コンバータに相当し、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５８からの車速とに応じて走行のためにモータ３０に要求される要求トルクを設定し、設定した要求トルクと図示しない回転数センサによって検出されたモータ３０の回転数とに対して予め定められた関係を用いてインバータ３２に供給すべき高圧側の目標電圧を設定し、高圧系電圧が目標電圧となるように昇圧コンバータ４２の制御用デューティ比を設定し、バッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）と開放電圧ＯＣＶとの関係を予め定めた開放電圧設定用マップに対してバッテリ４０の温度と蓄電量（ＳＯＣ）とを適用してバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶを導出し、導出したバッテリ４０の開放電圧ＯＣＶとインバータ３２に供給されている高圧系電圧ＶＨとに基づいて上述した式（６）により下限デューティ比ＤＬを設定し、制御用デューティ比を下限デューティ比ＤＬで制限した目標デューティ比を用いて昇圧コンバータ４０をスイッチング制御すると共にモータ３０から要求トルクが出力されるようインバータ３２をスイッチング制御する電子制御ユニット５０が「制御手段」に相当する。
【００２２】
以上、本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、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本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。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、電気自動車の製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【００２４】
２０  電気自動車、２２  駆動軸、２４  デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ  駆動輪、３０  モータ、３２  インバータ、３４，４４  平滑コンデンサ、３６，４６  電圧センサ、４０  バッテリ、４０ａ  電圧センサ、４０ｂ  電流センサ、４０ｃ  温度センサ、４２  昇圧コンバータ、４８  システムメインリレー、５０  電子制御ユニット、５２  シフトポジションセンサ、５４  アクセルペダルポジションセンサ、５６  ブレーキペダルポジションセンサ、５８  車速センサ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、Ｌ  リアクトル、Ｔ１，Ｔ２  トランジスタ。
【図１】
2010206898.tif 000003
【図２】
2010206898.tif 000004