(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリからモータに電力を供給し、該モータを駆動して走行する電気自動車のモータトルク制御装置であって、
所定の分解能で該バッテリの温度を検出する温度検出手段と、
該モータの出力トルクを制御する制御手段とをそなえ、
該制御手段は、
該モータの目標トルクを設定する目標トルク設定部と、
該温度検出手段で検出された該バッテリの温度に応じて該モータの出力トルクを抑制する基本ゲインを設定する基本ゲイン設定部と、
予め記憶された該バッテリの温度の時間変化特性に基づいて該基本ゲイン設定部で設定された該基本ゲインを補正するゲイン補正部と、
該ゲイン補正部で補正された補正ゲインを用いて該目標トルク設定部で設定された該目標トルクを補正し最終指示トルクとして出力する指示部とを有し、
該温度検出手段で検出されたバッテリの温度が所定の時間内で所定回数振動したことが検出されると、該補正ゲインを用いた該目標トルクの補正を実行する
ことを特徴とする、モータトルク制御装置。
【請求項２】
該基本ゲイン設定部には、予め設定された該バッテリの上限温度と、該上限温度よりも所定温度だけ低温側に設定された目標トルク抑制開始温度とが記憶され、
該ゲイン補正部では、該温度検出手段で検出された該バッテリの温度が該目標トルク抑制開始温度に達すると、該基本ゲイン設定部で設定された該基本ゲインを初期値として時間経過に伴い該基本ゲインを漸減させる
ことを特徴とする、請求項１記載のモータトルク制御装置。
【請求項３】
該予め記憶されたバッテリの温度の時間変化特性は、該バッテリの最大放電時の特性である
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータトルク制御装置。
【請求項４】
該予め記憶されたバッテリの温度の時間変化特性は、実際のバッテリの温度の上昇特性よりも温度変化率が大きく設定されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータトルク制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの出力トルクを制御するモータトルク制御装置に関し、特に、モータへの電力供給用のバッテリを保護するモータトルク制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車において、モータに電力を供給するバッテリの保護のために、バッテリの温度が所定値以上に上昇した場合に、温度上昇を抑制すべくモータの出力トルクを抑制する技術が開発されている。
具体的には、バッテリの各セルに温度センサを取り付け、複数の温度センサのうちの何れかが所定値以上に上昇した場合に、モータの目標トルクにゲインを掛けて目標トルクを抑制し、出力トルクを抑制するようになっている。
【０００３】
なお、特許文献１には、電池の温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段から出力された温度検出値が所定の判定値より大きいか否かを判断する異常判断手段と、異常判断手段によって温度検出値が判定値より大きいと判断された場合には、電池の放電を停止あるいはその放電量を低減する温度上昇抑制手段とを備えた電池温度上昇保護装置が開示されている。しかしながら、特許文献１の電池温度上昇保護装置は、補助動力付き自転車に適用されたものであって、この技術を電気自動車に適用し、電池の放電を急に停止すると、走行に悪影響を及ぼす虞が高く好ましくない。また、放電量を低減するとしても、特許文献１の記載によれば、どのように低減するかが不明である。
【特許文献１】特開平８−１７１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の従来技術において、分解能が１℃程度の比較的安価な温度センサを用いるのが実用的であるが、このような分解能の低い温度センサで検出された温度に応じてトルクを抑制すると、１℃の温度変化に対するゲインの変化が階段状になり、ひいてはトルクの変化が階段状になって、ドライバビリティが悪化するという課題がある。つまり、図５に示すように、予め設定されたバッテリの上限温度ＴUに対し、トルク抑制開始温度（トルク抑制を開始する温度）ＴSを、上限温度ＴUよりも１０℃低い温度（ＴS＝ＴU−１０℃）とした場合、この上限温度ＴUとトルク抑制開始温度ＴSとの間の抑制領域Ｄ5において、バッテリの温度が上昇するにつれ１００（％）から０（％）に次第に減少するようにゲインＧを設定すると、温度センサの分解能の１℃毎にゲインＧが１０％ずつ不連続に変化することになり、ゆえに、トルク抑制が階段状になる。
【０００５】
また、トルク抑制開始温度ＴSは、できる限り高出力でモータを駆動し続けるために、なるべく高く設定したいという要望がある。そこで、トルク抑制開始温度ＴSを例えば上限温度ＴUよりも５℃低い温度（ＴS＝ＴU−５℃）に設定することが考えられる。しかしながら、トルク抑制開始温度ＴSをこのように高く設定すると、図６に示すように、抑制領域Ｄ6が小さくなり、１℃当たりのゲインＧの変化量も２０％と大きくなる。すなわち、バッテリの温度が１℃上昇することにより急激なトルク抑制がかかることになる。したがって、トルク抑制開始温度ＴSを高く設定し難いという課題がある。
【０００６】
ここで、温度センサの分解能を細かくすればこうした課題を回避できるが、電気自動車のバッテリは数十個のセルを有しているのが通常であり、各セルの温度検出を行なう場合はもちろん、数個のセルをまとめたモジュール毎に温度検出を行なう場合であっても、高分解能の温度センサが複数個必要となり、コストが増大してしまう。
本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、バッテリの温度上昇に対して安価な構成でバッテリを保護しながら良好なドライバビリティを確保することができるようにした、モータトルク制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のモータトルク制御装置は、バッテリからモータに電力を供給し、該モータを駆動して走行する電気自動車のモータトルク制御装置であって、所定の分解能で該バッテリの温度を検出する温度検出手段と、該モータの出力トルクを制御する制御手段とをそなえ、該制御手段は、該モータの目標トルクを設定する目標トルク設定部と、該温度検出手段で検出された該バッテリの温度に応じて該モータの出力トルクを抑制する基本ゲインを設定する基本ゲイン設定部と、予め記憶された該バッテリの温度の時間変化特性に基づいて該基本ゲイン設定部で設定された該基本ゲインを補正するゲイン補正部と、該ゲイン補正部で補正された補正ゲインを用いて該目標トルク設定部で設定された該目標トルクを補正し最終指示トルクとして出力する指示部とを有し、該温度検出手段で検出されたバッテリの温度が所定の時間内で所定回数振動したことが検出されると、該補正ゲインを用いた該目標トルクの補正を実行することを特徴としている。
【０００８】
本発明のモータトルク制御装置は、該基本ゲイン設定部には、予め設定された該バッテリの上限温度と、該上限温度よりも所定温度だけ低温側に設定された目標トルク抑制開始温度とが記憶され、該ゲイン補正部では、該温度検出手段で検出された該バッテリの温度が該目標トルク抑制開始温度に達すると、該基本ゲイン設定部で設定された該基本ゲインを初期値として時間経過に伴い該基本ゲインを漸減させることが好ましい。
【０００９】
本発明のモータトルク制御装置は、該予め記憶されたバッテリの温度の時間変化特性は、該バッテリの最大放電時の特性であることが好ましい。
本発明のモータトルク制御装置は、該予め記憶されたバッテリの温度の時間変化特性は、実際のバッテリの温度の上昇特性よりも温度変化率が大きく設定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のモータトルク制御装置によれば、温度検出手段で検出されたバッテリの温度（以下、検出温度という）に応じて設定した基本ゲインを、バッテリの温度の時間変化特性に基づいて補正し、この補正した補正ゲインを用いて目標トルクを補正するので、分解能が低い安価な温度検出手段を利用したとしても、ゲインをバッテリ温度変化及び時間変化に対して連続的に変化させることができ、ゆえに、バッテリの温度上昇に対してモータの出力トルクが階段状に変化することを防止することができる。また、高分解能の高価な温度検出手段や新たな部品を備えることなく、制御手段におけるロジックの追加のみで本装置を構成することが可能であり、このため、コスト増を招くこともない。したがって、バッテリの温度上昇に対して安価な構成でバッテリを保護しながら良好なドライバビリティを確保することができる。
また、バッテリの検出温度が所定の時間内で所定回数振動したことが検出されると補正ゲインを用いた目標トルクの補正を実行するようにするため、制御のばたつきを防止することができる。
【００１２】
また、特に、基本ゲイン設定部で設定された基本ゲインを初期値として、時間経過に伴いその基本ゲインを漸減させれば、バッテリの実際の温度上昇を良好に反映するように基本ゲインを補正することができる。
また、バッテリの温度の時間変化特性をバッテリの最大放電時の特性にすれば、バッテリの最大放電時の温度上昇の速度に対しても、迅速に追従してモータの出力トルクを低減することができ、バッテリの温度をすばやく降下方向へ転換させることができる。
【００１３】
また、バッテリの温度の時間変化特性を、実際のバッテリの温度の上昇特性よりも温度変化率を大きく設定すれば、実際のバッテリの温度上昇に対して迅速に反応し、バッテリの温度を確実且つすばやく降下方向へ転換させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態のモータトルク制御装置を示す模式的な図であって、図１はそのブロック図、図２はそのトルク抑制のための基本ゲインのマップを示す図、図３は図２の基本ゲインを補正する図である。
【００１５】
＜構成＞
電気自動車には、図１に示すように、駆動輪を回転駆動する走行用のモータ１と、モータ１に電力を供給するバッテリ（電池パック）２と、モータ１とバッテリ２との間に介装されたインバータ３と、バッテリ２の各セル（電池）２ａに取り付けられ、各セル２ａの温度を検出する複数の温度センサ４と、モータ１の出力トルクを制御する制御手段１０とが備えられている。
【００１６】
なお、モータ１は、電動機としての機能のみならず、発電機としても機能するようになっており、アクセルオフ時やブレーキオン時には回生制動を行ない、エネルギを回収するようになっている。バッテリ２は、セル２ａが複数集合しバッテリケース２ｂに収納されて、一体となっている。
インバータ３は、制御手段１０によって制御され、力行モード時にはインバータ３を介してバッテリ２からモータ１に電力が供給され、回生モード時には駆動輪の回転力がモータ１で電力に変換されて、変換された電力がインバータ３を介してバッテリ２へ送られてバッテリ２が充電されるようになっている。
【００１７】
温度センサ４には、例えば１℃という比較的低い分解能を有する比較的安価なものが用いられている。そして、温度センサ４は、セル２ａの温度（実温度）Ｔrealに基づき検出した温度（検出温度）Ｔdetを制御手段１０へ出力するようになっている。具体的には、例えばセル２ａの実温度Ｔrealが５４．３℃のとき、温度センサ４は、分解能以下が判別不能で切り捨てられて、検出温度Ｔdetとして５４℃を制御手段１０へ出力するようになっている。
【００１８】
制御手段１０は、入力側で温度センサ４，アクセルペダル開度センサ（図示略）及び車速センサ（図示略）と接続され、出力側でインバータ３と接続されている。そして、基本目標トルク設定部１１と、ゲイン設定部１２と、指示部１３とを備えている。
基本目標トルク設定部１１は、アクセルペダル開度センサで検出されたアクセル開度及び車速センサで検出された車速に応じてモータ１の基本目標トルクＴｒｑO1を設定し、指示部１３へ出力するようになっている。
【００１９】
ゲイン設定部１２は、基本ゲインＧ1を設定する基本ゲイン設定部１２ａと、基本ゲイン設定部１２ａで設定された基本ゲインＧ1を補正し、この補正したゲイン（以下、単に補正ゲインという）Ｇ2を指示部１３へ出力するゲイン補正部１２ｂとを有している。
基本ゲイン設定部１２ａは、出力トルクを抑制するための基本ゲインＧ1に係るマップを記憶している。このマップについて詳述すると、図２に示すように、マップにおいて、基本ゲインＧ1は、最大値が１００（％）且つ最小値が０（％）に設定されているとともに、セル２ａの上限温度ＴUと上限温度ＴUよりも所定の温度（本実施形態では５℃）だけ低温側に設定されたトルク抑制開始温度ＴSとの間の抑制領域Ｄ1において、検出温度Ｔdetが上昇するにつれ、１００から０へと所定の割合で次第に減少するように設定されている。なお、温度センサ４の分解能が１℃であることから、抑制領域Ｄ1において、基本ゲインＧ1は、検出温度Ｔdetの上昇に応じて１℃毎に段がつく階段状に（不連続に）減少するようになっている。また、基本ゲインＧ1は、次式で表すことが可能である。
【００２０】
基本ゲインＧ1＝１００×（ＴU−Ｔdet）／（ＴU−ＴS）
また、上限温度ＴU及びトルク抑制開始温度ＴSは、予めその値が設定されており、トルク抑制開始温度ＴSは特に、前述の従来技術に比べて高い値に（上限温度ＴUに近い値に）設定されている。トルク抑制開始温度ＴSをなるべく高く設定するのは、可能な限り出力を下げずにモータ１を駆動したいという要望に応えるためである。
【００２１】
具体的には、ここでは、上限温度ＴU＝６０℃及びトルク抑制開始温度ＴS＝５５℃に設定されているとともに、抑制領域Ｄ1において、基本ゲインＧ1は２０％／１℃の割合で次第に減少するように設定されているとして説明する。つまり、検出温度Ｔdet≦５５℃のときには基本ゲインＧ1＝最大値１００に保持され、検出温度Ｔdet＝５６℃のとき基本ゲインＧ1＝８０，検出温度Ｔdet＝５７℃のとき基本ゲインＧ1＝６０，検出温度Ｔdet＝５８℃のとき基本ゲインＧ1＝４０，検出温度Ｔdet＝５９℃のとき基本ゲインＧ1＝２０，検出温度Ｔdet＝６０℃のとき基本ゲインＧ1＝０に設定されている。ただし、これら上限温度ＴU及びトルク抑制開始温度ＴSの数値は一例であって、これに限定されるものではない。
【００２２】
基本ゲイン設定部１２ａは、このように記憶されている基本ゲインＧ1のマップに基づき、温度センサ４で検出された検出温度Ｔdetに応じて基本ゲインＧ1を選択又は算出し、ゲイン補正部１２ｂへ出力するようになっている。
ゲイン補正部１２ｂには、セル２ａの温度の時間変化率（時間変化特性）ｋが予め記憶されており、検出温度Ｔdetが抑制領域Ｄ1にあるとき、ゲイン補正部１２ｂは、基本ゲイン設定部１２ａから入力された基本ゲインＧ1を、上記の温度の時間変化率ｋと経過時間ｔとに応じて補正し、補正した補正ゲインＧ2を指示部１３へ出力するようになっている。また、ゲイン補正部１２ｂは、検出温度Ｔdetが抑制領域Ｄ1にないときには、基本ゲインＧ1を補正することなく、基本ゲイン設定部１２ａで選択設定されたそのままの値を補正ゲインＧ2として指示部１３へ出力するようになっている。
【００２３】
検出温度Ｔdetが抑制領域Ｄ1にあるときの基本ゲインＧ1の補正について詳述する。
ゲイン補正部１２ｂは、時間をカウントするタイマ１２ｃを有しており、タイマ１２ｃは、検出温度Ｔdetが抑制領域Ｄ1に到達したとき及び抑制領域Ｄ1において上昇変化したときにカウントを開始する。そして、ゲイン補正部１２ｂは、図３に示すように、タイマ１２ｃによりカウントされた時間ｔと温度の時間変化率ｋとに基づき、時間ｔが経過するにつれ基本ゲインＧ1が直線的に（連続的に）減少するように、基本ゲインＧ1を補正するようになっている。つまり、検出温度Ｔdetに応じた基本ゲインＧ1を初期値として、時間経過に伴い基本ゲインＧ1を漸減させることで補正ゲインＧ2を設定するようになっている。これは、時間ｔによって実際のセル２ａの温度を分解能以上の精度で推定し、この推定温度に基づいて基本ゲインＧ1を補正しているとみなすことが可能である。
【００２４】
ここで、温度の時間変化率ｋは、実験等により予め求められた実際の最大放電時の時間変化率ｋ0に基づいて予め設定されたものであって、その実際の時間変化率ｋ0よりも大きい値に設定されている。換言すれば、セル２ａの温度が１℃上昇するのにかかるとされる時間が、実際の最大放電時の上昇時間よりも短い値になるように設定されている。
具体的には、実際の最大放電時の温度変化率ｋ0が１℃／１６０秒と算出されたとき、温度の時間変化率ｋは１℃／１４０秒に設定されている。なお、実際の最大放電時の時間変化率ｋ0の値はセル２ａの種類等に左右されるものであるとともに、上記の設定された温度の時間変化率ｋの値は一例であって、これに限定されるものではない。
【００２５】
なお、タイマ１２ｃのカウントは、制御のバタつきを防止するため、検出温度Ｔdetが所定時間内に所定回数だけ振動した後、上昇変化したときに開始されるようにする。例えば、検出温度Ｔdetが５４℃から５５℃に１回変化したのみではタイマ１２ｃのカウントは開始されず、検出温度Ｔdetが５４℃→５５℃→５４℃→５５℃→５４℃→５５℃→５５℃・・・のように所定回数だけ振動した後上昇すると、タイマ１２ｃのカウントが開始されて、基本ゲインＧ1が２０％／１４０秒の変化率、即ち、１％／７秒の変化率で低下していく。そして、カウント時間ｔが７０秒の時点では、図２に示すマップから選択された基本ゲインＧ1＝１００を、図３に一点鎖線で示すように、カウント時間ｔに応じて補正ゲインＧ2＝９０に補正するようになっている。カウント時間ｔが１４０秒を超えたときは、検出温度Ｔdetが５６℃に上昇するまで、補正ゲインＧ2＝８０に保持するようになっている。検出温度Ｔdetが５６℃に上昇すると、タイマ１２ｃは改めてカウントを開始し、カウント時間ｔが３５秒のときは、図２に示すマップから選択された基本ゲインＧ1＝８０を、図３に一点鎖線で示すように、カウント時間ｔに応じて補正ゲインＧ2＝７５に補正するようになっている。以降も同様に、検出温度Ｔdetに応じた基本ゲインＧ1を、１％／７秒の変化率とカウント時間ｔとに応じて補正ゲインＧ2に補正するようになっている。
【００２６】
指示部１３は、図１に示すように、基本目標トルク設定部１１から入力された基本目標トルクＴｒｑO1と、ゲイン補正部１２から入力された補正ゲインＧ2とを乗算して最終目標トルクＴｒｑO2を算出し、モータ１の出力トルクがこの最終目標トルクＴｒｑO2になるように、インバータ３に指示を送るようになっている。
なお、本発明のモータトルク制御装置は、温度センサ４と制御手段１０とを備えて構成されている。
【００２７】
＜作用・効果＞
本発明の一実施形態にかかるモータトルク制御装置は上述のように構成されているので、以下のような作用・効果がある。
セル２ａの検出温度Ｔdetがトルク抑制開始温度ＴS以上に上昇したとき、モータ１の目標トルクを抑制するためのゲインＧ2が、検出温度Ｔdetに加えて実温度Ｔrealの時間変化率ｋにも応じて設定されるので、バッテリ２の出力トルクの抑制を温度変化及び時間変化に対して滑らかに変化させることができる。
【００２８】
つまり、温度センサ４の分解能が低ければ、図４に示すように、セル２ａの検出温度Ｔdetは段付きに変化し、従来技術のように検出温度Ｔdetのみに応じてゲインＧを設定すると、ゲインＧは段付き（例えば２０％毎）に変化してしまう。しかしながら、本発明は、温度の時間変化率ｋをも加味して１％毎にゲインＧ2を設定するので、低い分解能の温度センサ４を用いても、ゲインＧ2を滑らかに変化させることができる。
【００２９】
また、最大放電時の時間変化率ｋ0よりも大きい値の時間変化率ｋを用いているので、検出温度Ｔdetが次の上昇温度に変化する前に、時間的余裕を持って補正ゲインＧ2を次の上昇温度の値に応じたものにすることができ、セル２ａの温度上昇に迅速に追従して、セル３ａの温度を確実且つすばやく降下方向へ転換させることができる。
したがって、目標トルクを滑らかな変化で抑制することができるので、分解能が低い温度センサ４を用いた場合でも、急激な出力トルクの変化がなく、ドライバビリティの悪化を防止しながら、バッテリ２の温度の上昇を抑えることができる。つまり、高分解能の高価な温度センサを備えることや新たな部品を追加することなく、制御手段１０におけるロジックの追加のみで本モータトルク制御装置を構成することが可能であり、コスト増を招くことなく、バッテリ２の温度上昇に対してバッテリ２を保護しながら良好なドライバビリティを確保することができる。
【００３０】
＜その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態において、セル２ａの温度の時間変化率ｋとして、最大放電時の温度の時間変化率ｋ0よりも大きく設定された値を用いたが、最大放電時の時間変化率に等しい値を用いても良い。また、上記実施形態において、温度センサ４の分解能は１℃としたが、他の分解能であっても勿論良い。また、上記実施形態において、温度センサ４を各セル２ａ毎に取り付けたが、数個のセル２ａをまとめたモジュール毎に取り付けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置を示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置の基本ゲイン設定部に記憶された基本ゲインのマップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置の補正ゲインのマップを示す図であって、図２の基本ゲインを時間に応じて補正することを説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るモータトルク制御装置により補正されたゲインと、従来技術に係るモータトルク制御装置により補正されたゲインとを比較して示す図である。
【図５】本発明の従来技術に係るモータトルク制御装置における、トルク抑制のためのゲインマップを示す図である。
【図６】図５のゲインマップのトルク抑制開始温度を変更した図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  モータ
２  バッテリ（電池パック）
２ａ  セル（電池）
２ｂ  バッテリケース
３  インバータ
４  温度センサ（温度検出手段）
１０  制御手段
１１  基本目標トルク設定部
１２  ゲイン設定部
１２ａ  基本ゲイン設定部
１２ｂ  ゲイン補正部
１２ｃ  タイマ
１３  指示部
Ｄ1，Ｄ5，Ｄ6  抑制領域
Ｇ1  基本ゲイン
Ｇ2  補正ゲイン
Ｔdet  検出温度
Ｔreal  実温度
ＴｒｑO1  基本目標トルク
ＴｒｑO2  最終目標トルク
【図１】
0004831038.tif 000002
【図２】
0004831038.tif 000003
【図３】
0004831038.tif 000004
【図４】
0004831038.tif 000005
【図５】
0004831038.tif 000006
【図６】
0004831038.tif 000007