(57)【要約】【課題】バッテリ電流の上限値を適切に設定して、バッテリ劣化を防止しつつ充放電性能を向上させる。【解決手段】バッテリから電気モータへ電力を供給し駆動させて走行可能であるとともに、バッテリを充電可能な電動車両の制御装置であって、バッテリの充放電時に、バッテリ電流が上限値ＩlimHを超えないように、電気モータの要求トルクを抑制するトルク抑制手段を備え、バッテリの温度が所定の高温域において、放電時におけるバッテリ電流の上限値を、充電時におけるバッテリの電流の上限値より高く設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリから電気モータへ電力を供給し駆動させて走行可能であるとともに、前記バッテリを充電可能な電動車両の制御装置であって、
前記電気モータの要求トルクを演算する要求トルク演算手段と、
前記要求トルク演算手段により演算した前記要求トルクに基づいて前記電気モータを制御するモータ制御手段と、
前記バッテリの充放電時に、前記バッテリの入出力電流が上限値を超えないように、前記電気モータの要求トルクを抑制するトルク抑制手段と、を備え、
前記バッテリの温度が所定の高温域において、放電時における前記バッテリの出力電流の前記上限値が、充電時における前記バッテリの入力電流の前記上限値より高く設定されることを特徴とする電動車両の制御装置。
【請求項２】
前記バッテリの温度が所定の高温域において、前記バッテリの温度が上昇するに従って前記上限値が低下するとともに、当該バッテリの温度上昇に伴う前記上限値の低下度合いが前記充電時より前記放電時の方が大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の電動車両の制御装置。
【請求項３】
前記上限値は、前記バッテリからの放電時には前記バッテリの温度が所定の高温域で常温域より低く設定されるとともに、前記バッテリの充電時には前記バッテリの温度が所定の高温域及び所定の低温域で常温域より低く設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両の走行駆動用電気モータの制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動車両は、電気モータとバッテリとを備え、バッテリから電力を供給して電気モータを駆動し、車両を走行可能にしている。また、このような電気車両において電力消費を抑えるために、減速時において走行エネルギーを電気モータ(モータジェネレータ)により電気エネルギーに変換し、バッテリに回生充電する技術も開発されている。
電動車両は、例えばアクセル開度や車速などの情報からドライバの要求するモータトルクを演算し、加速時は力行（駆動）トルクを、減速時は回生トルクをモータコントローラ（インバータ）に指令して、電気モータのトルク制御を行なう構成となっている。
【０００３】
ところで、バッテリは一般的に入出力電圧の使用可能範囲が限られており、この使用可能範囲を超えて充電または放電すると、バッテリの劣化を招く虞がある。そこで、バッテリ充放電時においてバッテリの入出力電圧を制御する技術が開発されている（特許文献１）。特許文献１では、バッテリの温度に応じて入出力電圧の限界値を設定することで、バッテリの劣化を抑制しつつ充放電効率を向上させた電動車両の制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２００９５６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、バッテリは入出力電圧だけでなく、過度の入出力電流によっても劣化する虞がある。例えば、バッテリが高温状態である場合には、バッテリの内部抵抗に起因して充電または放電によりバッテリの温度が上昇し、熱による劣化を招く虞がある。また、バッテリが低温状態である場合には、電流の受け入れ性が低下するので、過度の充電電流により内部短絡を起こしバッテリを劣化させてしまう虞がある。
【０００６】
特に、バッテリが高温状態である場合には、バッテリの入出力電流(バッテリ電流）の上限値を適切に設定しないと、バッテリ温度が許容を超えてしまったり、必要以上にバッテリ電流を抑制して充放電性能を低下させたりする虞がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、バッテリ電流の上限値を適切に設定して、バッテリ劣化を防止しつつ充放電性能を向上させる電動車両の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の電動車両の制御装置は、バッテリから電気モータへ電力を供給し駆動させて走行可能であるとともに、バッテリを充電可能な電動車両の制御装置であって、電気モータの要求トルクを演算する要求トルク演算手段と、要求トルク演算手段により演算した要求トルクに基づいて電気モータを制御するモータ制御手段と、バッテリの充放電時に、バッテリの入出力電流が上限値を超えないように、電気モータの要求トルクを抑制するトルク抑制手段と、を備え、バッテリの温度が所定の高温域において、放電時におけるバッテリの出力電流の上限値が、充電時におけるバッテリの入力電流の上限値より高く設定されることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の電動車両の制御装置は、請求項１において、バッテリの温度が所定の高温域において、バッテリの温度が上昇するに従って上限値が低下するとともに、当該バッテリの温度上昇に伴う上限値の低下量が充電時より放電時の方が大きくなるように設定されることを特徴とする。
また、請求項３の電動車両の制御装置は、請求項１または２において、上限値は、バッテリからの放電時にはバッテリの温度が所定の高温域で常温域より低く設定されるとともに、バッテリの充電時にはバッテリの温度が所定の高温域及び所定の低温域で常温域より低く設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の電動車両の制御装置によれば、トルク抑制手段により、電気モータの要求トルクが抑制されることで、電気モータの駆動時または回生充電時にバッテリの入出力電流が上限値を超えないように制御されるので、充放電時におけるバッテリの劣化を抑制することができる。
特に、バッテリの温度が所定の高温域において、放電時における上限値が充電時における上限値より高く設定されるので、充電時においてバッテリの温度上昇を抑えつつ、放電時においてはバッテリ電流を大きく確保して電気モータの出力を増加させることができる。
【００１０】
本発明の請求項２の電動車両の制御装置によれば、バッテリ温度が所定の高温域においてバッテリの温度が上昇するに従って上限値が低下するので、バッテリ温度の過度な上昇を確実に抑えることができる。そして、バッテリの温度上昇に伴う上限値の低下度合いが充電時より放電時の方が大きく設定されるので、バッテリ温度が比較的高いところまで上限値を高く設定することが可能となり、高温域でも電気モータの出力をより大きく確保することができる。
【００１１】
本発明の請求項３の電動車両の制御装置によれば、バッテリからの放電時には高温域でバッテリ電流の上限値が低く設定され、バッテリの過熱を防止することができる。バッテリからの充電時には、高温域ではバッテリ電流の上限値が低く設定され、バッテリの過熱による劣化を防止することができる一方、低温域ではバッテリ電流の上限値が低く設定されることで、低温域での過度の充電電流による内部短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る電動車両の実施形態の概略構成図である。
【図２】電気モータのトルク制御要領を示すフローチャートである。
【図３】バッテリ温度に対するバッテリ電流の上限値を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る電動車両の実施形態の概略構成図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る電動車両の概略構造図である。
本実施形態の電動車両（以下、単に車両１という）は、走行駆動源としてモータジェネレータ２（電気モータ）を備えている。モータジェネレータ２は、車両に搭載されたバッテリ３より電力を供給されて駆動し、減速機４を介して駆動輪５を駆動する。また、モータジェネレータ２は、駆動輪５の回転により駆動されて発電する機能を有している。モータジェネレータ２により発電された電力はバッテリ３に供給され、バッテリ３を充電する（回生充電機能）。バッテリ３は、複数のセルを直列に並べて構成されている。
【００１４】
車両１には、ＢＭＵ１０（バッテリマネジメントユニット）、ＥＶ−ＥＣＵ１１（ＥＶ総合コントロールユニット）、及びＭＣＵ１２（モータコントロールユニット、モータ制御手段）が備えられている。ＢＭＵ１０は、バッテリ３の状態、詳しくはバッテリ３の各セルの電圧、バッテリ全体の電圧であるバッテリ電圧Ｖbat、バッテリ３の各セルの温度、及びバッテリ３を流通する電流であるバッテリ電流Ｉbatを監視する機能を有している。ＥＶ−ＥＣＵ１１は、車両１のアクセル操作装置１３からアクセル操作量、ブレーキ操作装置１４からブレーキ操作量、変速装置１５から変速段、車速センサ１６から車速を入力し、これらの入力値に応じてモータジェネレータ２の要求トルクＴreqを演算し（要求トルク演算手段）、この要求トルクＴreqに基づきトルク指令値Ｔ”をＭＣＵ１２に出力する。ＭＣＵ１２は、インバータユニットにより構成されており、モータジェネレータ２の出力トルク及び回生トルクを制御する機能を有している。具体的には、ＥＶ−ＥＣＵ１１から入力したトルク指令値Ｔ”に基づいて、モータジェネレータ２を駆動制御する一方、回生充電時におけるモータジェネレータ２による発電電力を制御してバッテリ３に供給する。また、ＭＣＵ１２は、現在のモータトルクＴ及びモータ回転角速度ωをＥＶ−ＥＣＵ１１に出力する機能を有している。
【００１５】
本実施形態のＥＶ−ＥＣＵ１１は、更に、バッテリ電流Ｉbatが上限値を超えないように、モータジェネレータ２のトルク制御を行なう。
図２は、モータジェネレータ２のトルク制御要領を示すフローチャートである。
本ルーチンは、車両電源オン時に繰り返し行なわれる。
まず、ステップＳ１０では、ドライバの要求トルクＴreqを演算する（要求トルク演算手段）。これは、上記のように、車両のアクセル操作装置１３から入力したアクセル操作量、車速センサ１６から入力した車速等に基づいて要求トルクＴreqを演算する。そして、ステップＳ２０に進む。
【００１６】
ステップＳ２０では、トルク抑制が必要か否かを判別する。トルク抑制が必要か否かは、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimH以上であるか否かを判別すればよく、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimH以上である場合（条件１）には、トルク抑制が必要であると判定する。ステップＳ１０で演算した要求トルクＴreqが、後述するステップＳ３０で演算する抑制トルクＴ’の前回演算値以下である場合（条件２）には、トルク抑制が不要であると判定する。また、このトルク抑制が必要か否かの判定結果は記憶され、上記条件１及び２のいずれも満たさない場合には、前回の判定結果を維持する。なお、初期状態ではトルク抑制が不要であると判定すればよい。トルク抑制が必要である場合には、ステップＳ３０に進む。
【００１７】
ステップＳ３０では、バッテリ電流Ｉbatを上限値ＩlimHに保つ抑制トルクＴ’を演算する。詳しくは、抑制トルクＴ’は、次式（１）に示すように、後述するフィードフォワード制御トルクＴffとフィードバック制御トルクＴfbとの合計値となる。
Ｔ’＝Ｔff＋Ｔfb・・・（１）
フィードフォワード制御トルクＴffは、次式（２）により求められる。
【００１８】
Ｔff＝Ｔ1×ω1／ω・・・（２）
但し、Ｔ1はバッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに達したときのモータトルク、ω1はバッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに達したときのモータ回転角速度であり、これらの値は夫々バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに達したときにＭＣＵ１２から入力して記憶した値である。また、ωは現在のモータ回転角速度であり、ＭＣＵ１２から入力する。
【００１９】
フィードバック抑制トルクＴfbは、次式（３）により求められる。
Ｔfb＝η×Ｖbat×（Ｋp＋Ｋi／Ｓ）（Ｉbat−ＩlimH）／ω・・・（３）
但し、ηはモータシステム効率、Ｋpは比例ゲイン、Ｋiは積分ゲインであり、あらかじめ設定された値である。Ｓはラプラス演算子を表す。バッテリ電圧Ｖbat及びバッテリ電流ＩbatはＢＭＵ１０から入力する。
【００２０】
バッテリ電流の上限値ＩlimHは、バッテリ温度に基づいて設定される。図３は、バッテリ温度に対するバッテリ電流の上限値ＩlimHの設定値を示すマップであり、図３中の実線が放電電流の上限値、破線が充電電流の上限値を示す。バッテリ温度は、ＢＭＵ１０から入力したバッテリ３の各セルの温度のうち高温域は最も高い値、低温域は最も低い値を採用する。
【００２１】
図３に示すように、全体的に充電より放電の方が、バッテリ電流Ｉbatの上限値が高く設定される。また、バッテリ温度の高い高温域では充電電流及び放電電流ともに上限値ＩlimHが低く抑えられる一方、バッテリ温度の低温域では充電電流のみ上限値ＩlimHが低く抑えられる。更に、高温域において、放電電流の方が充電電流より、温度が上昇するにしたがって急激に低下するように設定されている。
【００２２】
そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、ステップＳ３０で演算した抑制トルクＴ’がステップＳ１０で演算した要求トルクＴreq未満であるか否かを判別する。抑制トルクＴ’が要求トルクＴreq未満である場合には、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、ＭＣＵ１２に出力する最終的なトルク指令値Ｔ”をステップＳ３０で演算した抑制トルクＴ’に設定する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００２３】
ステップＳ２０でトルク抑制が必要でないと判定した場合、またはステップＳ４０で抑制トルクＴ’が要求トルクＴreq以上であると判定した場合には、ステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、最終的なトルク指令値Ｔ”を、ステップＳ１０で演算した要求トルクＴreqに設定する。そして、本ルーチンをリターンする。
【００２４】
なお、本ルーチンのステップＳ３０〜Ｓ５０までの一連の制御が、本発明のトルク抑制手段に該当する。
以上のように、本実施形態では、モータジェネレータ２のトルク指令値Ｔ”を設定する際に、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimH以上となった場合に、バッテリ電流Ｉbatを上限値ＩlimHに保つ抑制トルクＴ’が演算され、抑制トルクＴ’とドライバの要求トルクＴreqとのうち小さい方の値を最終的なトルク指令値Ｔ”に設定する。
【００２５】
更に、上記式（１）に示すように、抑制トルクＴ’をフィードフォワード制御トルクＴffとフィードバック制御トルクＴfbとの合計値によって求める。フィードバック制御トルクＴfbに関しては、バッテリ電流Ｉbatと上限値ＩlimHとの差に応じて所謂ＰＩ制御によりフィードバック制御するものであり、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHを超えたときに上限値ＩlimHに維持するように制御する。これにより、加速等によりバッテリ３からの放電電流が変動した場合、あるいはモータジェネレータ２以外の電気機器の使用により、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHを超えた場合に、以降バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHより低く維持されるようにモータジェネレータ２のトルク制御が行なわれる。
【００２６】
更に、本実施形態ではフィードバック制御だけでなく、フィードフォワード制御も行なっている。フィードフォワード制御トルクＴffは、上記（２）式のようにバッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに達したときのモータトルクＴ1とモータ回転角速度ω1との積算値を現在のモータ回転角速度ωで除算した値に設定されることで、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに維持される。以下にこの理由について説明する。
【００２７】
モータジェネレータ２以外の電力消費がないと仮定すると、モータトルクＴ、モータ回転角速度ω、モータシステム効率η，バッテリ電圧Ｖbat、及びバッテリ電流Ｉbatの間には次式（４）の関係が成り立つ。
Ｔω＝η×Ｖbat×Ｉbat・・・（４）
バッテリ電流Ｉbatを一定に保つには、バッテリ３の内部抵抗が一定であるとすると、バッテリ電圧Ｖbatを一定にすればよい。またモータシステム効率ηも一定であるとすると、（４）式の両辺は一定となる。したがって、バッテリ電流Ｉbatを一定に保つには、モータ出力(Ｔω)を一定に保てばよい。そこで、バッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに達したとときのモータトルクＴ1及びモータ回転角速度ω1を記憶して、この積算値とモータトルクＴ及びモータ回転角速度ωとの積算値とを同一にすれば、モータ回転角速度ωが変動してもバッテリ電流Ｉbatが上限値ＩlimHに維持される。
【００２８】
本実施形態では、フィードバック制御だけではなく、上記のようにモータトルクＴとモータ回転角速度ωとの積算値を一定にするフィードフォワード制御をすることで、モータジェネレータ２の作動変動（モータ回転角速度ωの変動）によりバッテリ電流Ｉbatが変動しても、この変動に対してモータトルク制御をより迅速に対応させることができ、確実にバッテリ電流Ｉbatを上限値ＩlimHに維持させることができる。
【００２９】
更に、本実施形態では、図３に示すように、バッテリ電流の上限値ＩlimHがバッテリ温度に基づいて設定されるので、バッテリ３の温度に対する充放電特性に対応してバッテリ電流の上限値ＩlimHを極力高く設定することができ、バッテリ３の充放電の性能を向上させることができる。
詳しくは、充電より放電の方がバッテリ電流の上限値ＩlimHを高く設定しており、これは充電より放電の方がバッテリ３の温度が上昇し難い点を考慮したものであって、これによりバッテリ３の温度上昇による劣化を防止しつつ極力モータジェネレータ２の出力を大きく確保することができる。
【００３０】
更に、バッテリ温度の高い高温域では充電電流及び放電電流ともに上限値ＩlimHを低く抑えており、これは高温域では充電時及び放電時のいずれもバッテリ３の温度が上昇し易い点を考慮したものであって、充放電時において発生する熱によるバッテリ３の劣化を確実に抑えることができる。一方、バッテリ温度の低い低温域では、充電電流の受け入れ性が低下し過度の充電電流により内部短絡を起こし易くなるので、充電時のみ上限値ＩlimHを抑えることで、内部短絡によるバッテリ３の劣化を防止することができる。
【００３１】
また、特に、本実施形態では、高温域において、充電時より放電時の方が、バッテリ温度が上昇するにしたがって上限値ＩlimHが急激に低下するように設定されているが、これは放電時ではモータジェネレータ２が駆動することで車両が走行し、走行風によりバッテリ３の温度が低下し易くなるためである。これにより、バッテリ温度が比較的高いところまで上限値ＩlimHを高く設定することが可能となり、高温域でもモータジェネレータ２の出力を極力大きく確保することができる。これに対し充電時では、回生充電だけでなく固定電源から充電している場合があり、バッテリ温度が上昇し易くなる虞があるので、上限値ＩlimHを比較的低い温度から低く抑えることで、バッテリ３の温度上昇による劣化を確実に防止することができる。
【００３２】
なお、本実施形態では、モータジェネレータ２のトルクを、フィードフォワード制御とフィードバック制御との両方を行なって抑制しているが、本発明はこれに限定するものではない。本発明は、例えば上記フィードフォワード制御及びフィードバック制御の何れか一方を行なう電動車両制御装置でも適用可能であり、バッテリ電流の上限値を設定してトルク抑制を行なう電動車両であれば適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  車両（電動車両）
２  モータジェネレータ
３  バッテリ
１０  ＢＭＵ
１１  ＥＶ−ＥＣＵ
１２  ＭＣＵ
【図１】
2011239629.tif 000003
【図２】
2011239629.tif 000004
【図３】
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