(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力回路と関連付けられる制御回路を介してバッテリ（１０）によって電力を供給される電気またはハイブリッド自動車を駆動するための電気機械を備える牽引および／または推進チェーンを制御する方法であって、前記バッテリ（１０）が、それぞれ少なくとも１つの蓄電池を有するモジュールの組を有し、前記モジュールが、互いに直列に接続され、前記方法は、前記組の各モジュールを前記組から選択的に切断することができるモジュールの転流のステップを備え、前記方法は、
モジュールの複数の可能な転流構成のそれぞれに対して、前記牽引および／または推進チェーンの共通動作特性により、エネルギー損失を、それぞれ、計算するステップ（Ｅ１）と、
前記モジュールの前記複数の可能な転流構成からの前記エネルギー損失を最小にする前記モジュールの少なくとも１つの最適な転流構成を決定するステップ（Ｅ２）と、
前記エネルギー損失を最小にする前記モジュールの前記最適な転流構成に従って前記モジュールの前記転流ステップを作動させるステップ（Ｅ３）
と、を備え、
前記モジュールの前記最適な転流構成を決定する前記ステップ（Ｅ２）は、前記モジュールの複数の転流構成が実質的に等しい比率で前記エネルギー損失を最小にする場合、以下のサブステップ、すなわち、
前記エネルギー損失を最小にする前記モジュールの前記転流構成のそれぞれによってもたらされるバッテリ温度を推定するサブステップと、
前記バッテリ温度を最小にする前記転流構成を決定するサブステップ
と、を備え、
前記モジュールの前記転流ステップを作動させる前記ステップが、前記損失および前記バッテリ温度を最小にする前記モジュールの前記最適な転流構成に従って実行されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
共通動作条件は、前記電気機械に適用され、前記電気機械が実行する必要があるトルク命令を意味するコマンドに基づいて確立されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記トルク命令コマンドは、加速器制御部材、特に、ペダルの位置により生成されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記共通動作条件は、前記電気機械によってもたらされ、前記トルク命令コマンドにより判断される前記トルクを備えることを特徴とする、請求項２または３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記共通動作条件は、前記電気機械の速度を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記モジュールの前記複数の可能な転流構成のそれぞれに対する前記エネルギー損失を計算する前記ステップ（Ｅ１）は、前記構成のそれぞれに対して、特定の動作条件に従い、および前記バッテリの前記出力での電圧値に従って、前記電気機械における、および前記電力回路における、前記エネルギー損失の値をもたらすマッピングに基づくことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記モジュールの前記最適な転流構成を決定する前記ステップ（Ｅ２）は、前記モジュールのそれぞれの充電状態および／または発熱レベルに基づき、優先的に切断すべき前記モジュールを選択するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車、特に、電気自動車またはハイブリッド自動車の電気駆動機械を備える牽引チェーンおよび／または推進チェーンの制御に関し、電気機械は、モジュールと呼ばれ、互いに電気的に接続される、複数の基本単位にわたって分散される蓄電池、すなわち、セルのバッテリによって電力を供給される。すなわち、バッテリが転流型アーキテクチャを有する種類である電気機械を制御する方法に関し、特に、各モジュールは、バッテリのモジュールの組から選択的に、電気的に切断される可能性がある。
【背景技術】
【０００２】
そのようなアーキテクチャは、特に、欠陥があるか、または潜在的に欠陥があるモジュールを、電気的に結合されたモジュールの組から切断することができるモジュール切断システムを示す米国特許出願第２０１２／００９１９６３号明細書での例示から、特に、当業者には周知である。バッテリと一体化されるこれらのセルまたはモジュール切断システムを使用して、バッテリのモジュール間で平衡法を実現してもよい。
【０００３】
本文において、本発明によって想定される用途の分野は、特に、電気機械からのエネルギー損失を制御して、自動車のエネルギーバランスを最適化することである。
【０００４】
国際公開第２００８／０９３６８７号パンフレットでは、電気機械でのエネルギー損失を制限し、走行独立性を向上するための方法を開示する。この方法は、電気機械の回転のトルクおよび速度による損失値をもたらすマッピングに基づく。このような方法において、一定電圧で、電気機械の動作点は、そこからの好収率を含む範囲内に制限される。
【０００５】
通常、バッテリ出力電圧は、バッテリおよびバッテリの充電状態によって課せられる。多くの場合、このバッテリ出力電圧は、次いで、バッテリでの電圧を変換し、電気機械への電力を制御し、供給する機能を有する、電気機械の電力システムの入力に直接印加される。この変換により、電力システムにおいて損失、特に、導電による損失および転流による損失が発生する。転流による損失は、入力で分割される電圧、すなわち、バッテリ出力電圧のレベルに直接リンクされる。したがって、バッテリ出力電圧が、電気機械の電力システムの入力に直接印加される場合、転流による損失を伴い、電力システムによって変換が完全に実行される。
【０００６】
しかしながら、国際公開第２００９／１１６２１５号パンフレットでは、電気機械の入力に印加される電圧を、バッテリの出力と、電気機械の電力システムの入力との間に配置される電圧変換器（ブースト変換器）により変化させることを可能にするデバイスを開示する。そのようなアーキテクチャは、特に、モータでの電流を減少させることを可能にし、したがって、モータは、有利な方法でリサイズされ、全体的なエネルギーバランスを最適化することを可能にする。しかしながら、バッテリの出力に変換器があることで、追加システムを組み込むことになるため、特に、コストと大きさの点で、好ましく無い影響が発生する。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、特に、およびこれらに限定されないが、電気機械によって、その電気システムによって、トランスミッションによって、および制動システムによって構成され、転流型アーキテクチャを有するバッテリにリンクされる方法で組み合わされ得、一方、上記のような限界を有することなく、自動車のエネルギーバランスを最適化することを可能にする、牽引および／または推進チェーンを制御する方法を提供することである。
【０００８】
この目標を達成するために、本発明は、電力回路と関連付けられる制御回路を介してバッテリによって電力を供給される電気自動車またはハイブリッド自動車を駆動するための電気機械を備える牽引および／または推進チェーンを制御する方法を提案し、バッテリは、少なくとも１つの蓄電池をそれぞれ有するモジュールの組を有し、モジュールは、互いに直列に接続され、本方法は、その組の各モジュールが、その組から選択的に切断されることを可能にする、モジュールを転流するステップを備える。本発明によると、本方法は、以下のステップを備える。すなわち、牽引および／または推進チェーンの共通動作特性によるエネルギー損失を、それぞれ、モジュールの複数の可能な転流構成のそれぞれに対して計算するステップと、複数の可能な転流構成からのエネルギー損失を最小にするモジュールの少なくとも１つの最適な転流構成を判断するステップと、エネルギー損失を最小にするモジュールの最適な転流構成によりモジュールの転流ステップを作動するステップとを備える。
【０００９】
このような方法で、本発明の制御方法は、電力回路の入力に印加されるバッテリ出力での電圧を修正することを可能にする有利な目的を有する、バッテリのモジュールの転流システムを使用して、バッテリを構成するモジュールの組を直列に接続するモジュールの数を修正することを含み、特に、追加のシステム、例えば、国際公開第２００９／１１６２１５号パンフレットで説明される解決法で使用される変換器などを組み込む必要無く、エネルギー損失を最小にすることを可能にする電圧を印加することを可能にすることを含む。特に、電気機械の所与の動作特性に対して、これにより、下方のバッテリの出力での電圧を修正することが可能となり、有利には、自動車の全体的なエネルギー収率を高めることを可能にする。したがって、電力システムの入力に印加される電圧が、バッテリおよびその充電状態によって課せられる、エネルギー損失を最小にする現在の解決法とは対照的に、本発明は、有利には、バッテリの最大電圧に対するバッテリの出力での電圧レベルを下げる、したがって、この電圧レベルに直接リンクする電気機械の電力システムでの転流による損失を減らす可能性を提供することによって、さらなる自由度をもたらし、自動車の全体的なエネルギー収率に影響を及ぼす。
【００１０】
有利な実施形態によれば、共通動作条件は、電気機械に適用され、電気機械が実行する必要があるトルク命令を意味するコマンドに基づいて確立される。
【００１１】
トルク命令コマンドは、加速器制御部材、特に、ペダルの位置により生成されることが好ましい。
【００１２】
さらに、共通動作条件は、電気機械によってもたらされ、トルク命令コマンドにより判断されるトルクを備えてもよい。
【００１３】
共通動作条件は、電気機械の速度を含むことが好ましい。
【００１４】
有利な実施形態によれば、モジュールの複数の可能な転流構成のそれぞれに対するエネルギー損失を計算するステップは、その構成のそれぞれに対して、特定の動作条件による、およびバッテリの出力での電圧値による、電気機械における、および電力回路における、エネルギー損失の値をもたらすマッピングに基づく。
【００１５】
単純な機能をこのマッピングと関連付けて、例えば、他の電圧に対する異なるマッピングを補完してもよく、または損失の計算において温度を考慮してもよい。
【００１６】
最適な転流構成を判断するステップは、モジュールの複数の転流構成が実質的に等しい比率で損失を最小にする場合、以下のサブステップを備えることが好ましい。すなわち、損失を最小にするモジュールの転流構成のそれぞれによってもたらされるバッテリ温度を推定するサブステップと、バッテリ温度を最小にする構成を判断するサブステップとを備える。一方、モジュールの転流ステップを作動するステップが、損失およびバッテリ温度を最小にするモジュールの最適な転流構成により実行される。
【００１７】
有利には、モジュールの最適な転流構成を判断するステップは、優先的に切断すべきモジュールを選択するステップをさらに備え、その選択は、モジュールのそれぞれの充電状態および／または発熱レベルに基づく。
【００１８】
本発明の他の特徴および利点は、非限定の例として提供される、本発明による方法のフローチャートである、添付図面１を参照して、本発明の特定の実施形態に関する以下の説明を読むことで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例えば、電気またはハイブリッドとすることができる自動車の駆動システムは、電気機械（図示せず）を備える。電気機械に対する電流の供給は、変換器およびバッテリと変換器との間にケーブルを備える電力回路（図示せず）を介して電気機械に接続される電気エネルギーストレージバッテリ１０によりもたらされる。バッテリ１０は、一般に、高電圧バッテリと呼ばれ、ＤＣ電圧発電機および内部抵抗器の直列接続により簡潔な方法でモデル化することができる、少なくとも１つの蓄電池セルによりそれぞれ構成されるｎ個のモジュールを備え、バッテリのモジュールはそれぞれ、直列に接続される。
【００２１】
バッテリ１０は、従来は、ＢＭＳ（バッテリ監視システム）と呼ばれる電子プロセッサ１１により制御される、各セルのパラメータのすべてを、電流センサ、電圧センサ、および温度センサなどによって取得される測定値により制御することを可能にする。
【００２２】
さらに、バッテリは、バッテリのモジュール間で平衡法を実施するために使用される手段を備える。特に、これらの手段は、直列に相互接続される各モジュールの、個々の並列接続された迂回路を回路内に設置することを可能にし、該当する場合には、バッテリを平衡するためにバッテリを構成するモジュールの組から、選択的にモジュールを切断する（または、バイパスする）ことを可能にする。この目的を達成するために、バッテリの各モジュールは、転流部材を介してバッテリのモジュールの組に、それぞれ、直列および並列に接続され、バッテリは、要求される平衡法により、転流部材の制御を目的としたモジュールに対する転流システムを備える。このような方法で、この転流アーキテクチャにおいて、バッテリの各モジュールは、モジュールの転流部材の適切な制御により、バッテリを構成するモジュールの組から、選択的に接続または切断（バイパス）することができる。
【００２３】
電子制御プロセッサ１２は、スーパーバイザ型であり、自動車の異なる部材から、特に、高電圧バッテリ１０から、情報を受信する。このメインスーパーバイザ１２は、自動車の高電圧ネットワークに接続される異なるシステムに起因する要求ならびに制約を制御することを可能にし、および、特に、電気機械を制御する電力システムと通信し、この制御は、車両の加速ペダルの踏み込みなどの、ドライバによって固定されるパラメータにより、特に、実行される。
【００２４】
本発明の制御法は、メインスーパーバイザ１２に対して内側とすることができるか、またはこの例において、メインスーパーバイザ１２と通信しなければならないＢＭＳプロセッサ１１に対して内側とすることができる、あるアルゴリズムに基づいて実現される。このアルゴリズムは、ステップＥ０において、例えば、加速器ペダルの踏み込みに起因する、電気機械に適用されるコマンドから確立される、牽引および／または推進チェーンの共通の動作特性を考慮する。そのペダルの位置は、車両のホイールに適用されるトルク命令を変換し、その結果、その動きの速度は、ドライバによって要求される速度に対応する。ステップＥ０において、アルゴリズムの入力はまた、電気機械の速度に関する情報の項目を受信する。
【００２５】
ステップＥ０で確立されたトルク／機械速度動作点に対応する所与の動作構成に対して、本発明の制御法は、自動車の全体的なエネルギー収率を向上させるために、バッテリの特定の数のモジュールを選択的に切断することによって、バッテリのモジュールの転流構成、すなわち、直列に相互接続されるモジュールの数を修正し、バッテリの出力での電圧を修正することを含む。
【００２６】
すなわち、バッテリのモジュールに対する転流システムは、特定の数のモジュールを「バイパスする」ことを可能にする。任意選択的に、以下のケースからバッテリのモジュールの可能な転流構成の数を定義する。すなわち、ケース０：モジュールをバイパスしない、ケース１：１つのモジュールをバイパスする、ケース２：２つのモジュールをバイパスする、などである。
【００２７】
しかしながら、高電圧バッテリ１０から切断することができるモジュールの最大数は、自動車の設計に関して許容可能な低電圧制限があるため、固定され、その低電圧制限以下に下がることは許容されず、自動車の高電圧ネットワークに接続される車載システムがもはや機能しなくなる。
【００２８】
バッテリのモジュールの転流構成、すなわち、バイパスされるモジュールの数、および各セルの電圧を測定するＢＭＳプロセッサを介して、モジュールによって供給される電圧が判明するとすぐに、上記したケースのそれぞれに対して、高電圧バッテリ１０の出力でもたらされる電圧を知ることができる。
【００２９】
このような方法で、ステップＥ１において、特定のトルク／機械速度動作点に対して、本アルゴリズムは、上記したさまざまなケース（ケース０、ケース１など）に対する総エネルギー損失の均衡を先ず実行するよう構成され、各ケースは、バッテリのモジュールの可能な転流構成に対応し、したがって、それぞれ、電圧１、電圧２、電圧３などで、バッテリの出力での特定の電圧に対応する。
【００３０】
特に、それぞれ、バッテリのモジュールの各可能な転流構成に対してもたらされるエネルギー損失の推定に対してステップＥ１で考慮される損失は、トランスミッションにリンクされる損失を備え、主として機械速度の関数であり、バッテリの出力での電圧から独立している。
【００３１】
ステップＥ１で考慮される損失はまた、電気機械および電力回路における損失を備え、これらの部材の温度の関数であり、電気機械のトルクならびに速度およびバッテリによってもたらされる電圧である。これらの損失の計算は、バッテリのモジュールのさまざまな可能な転流構成に対応するさまざまな電圧で、トルクならびに機械速度による、およびバッテリによって供給される電圧の値による、電気機械および電力回路におけるエネルギー損失の値のマッピングに基づくことができる。
【００３２】
ステップＥ１で考慮されるエネルギー損失は、バッテリのモジュールを構成するセルの内部抵抗の関数である、モジュールの転流システムの外側で、バッテリ自体にリンクされる内部損失をさらに備え、これらの内部抵抗自体は、セルの温度、コネクタの抵抗、およびバイパスされるモジュールの数の関数である。
【００３３】
ステップＥ１で考慮されるエネルギー損失は、最後に、主としてバッテリ電流の関数である、バッテリのモジュールの転流システムにリンクされる損失を備える。これらの損失が伝導から生じる損失であると考えられ、転流部材の転流から生じる損失は、大部分が無視できる。この点に関して、伝導から生じる損失は、事実上、１つのケースにおいて、バッテリ電流が、モジュールと直列である転流部材を通り、他のケースにおいて、一般に、直列の転流部材と同一である、並列の転流部材を通る限り、モジュールがバイパスされるかどうかと同一である。最後に、ステップＥ１において、本アルゴリズムは、全体的なエネルギー損失が、モジュールの可能な転流構成のそれぞれにおいて、特定のトルク／機械速度動作点に対して計算されることを可能にし、すなわち、それぞれ、電圧１での総損失、電圧２での総損失、電圧３での総損失などである。
【００３４】
バッテリ電流は、機械速度、トルク、電圧、および損失から生じることに留意されたい。特定のトルク／機械速度点に対して、１つまたは複数のモジュールがバイパスされた場合、バッテリ出力での電圧の低減がもたらされ、バッテリ電流が増加する。したがって、損失の計算のための入力パラメータとして、バッテリ電流の強度もまた考慮する。
【００３５】
総損失が、特定のトルク／機械速度動作点に対してステップＥ１で推定された場合、モジュールの可能な転流構成のそれぞれにおいて、アルゴリズムが、ステップＥ２において、モジュールの複数の可能な転流構成から、エネルギー損失を最小にするモジュールの最適な転流構成を判断するよう設計される。
【００３６】
モジュールの複数の転流構成が、実質的に等しい比率でエネルギー損失を最小にする場合において、最適な転流構成を判断するステップＥ２は、損失を最小にすることが可能であるとして識別されるモジュールの各転流構成によってもたらされるバッテリの熱をさらに考慮して、最適な転流構成を判断する。特に、この場合、アルゴリズムは、損失を最小にするモジュールの転流構成のそれぞれによってもたらされるバッテリ温度を推定し、バッテリ温度を最小にする構成を判断するよう設計され、損失および温度を最小にすることが可能なモジュールの最適な転流構成であるとして保持される。
【００３７】
このような方法で、本アルゴリズムは、全体的なエネルギー損失と、該当する場合には、バッテリ温度とを最小にすることが可能なモジュールの最適な転流構成を判断することができ、したがって、電力システムの入力に印加され、その入力で特定のトルク／機械速度動作点に対する自動車のエネルギー均衡を最適化するために有利であるバッテリ出力での結果としての電圧を判断することを可能にする。
【００３８】
このような方法で、ステップＥ３において、本アルゴリズムは、以前判断された最適な転流構成によりバッテリの相互接続されたモジュールの組の接続されたモジュールの数を修正することによって、モジュールの最適な転流構成を作動させるよう設計される。この目的を達成するために、本アルゴリズムは、バイパスされるモジュールを特定する転流順序を生成し、モジュールの最適な転流構成を実現し、バッテリ出力電圧を修正するようにその順序によりモジュールを転流することを意図したモジュールの転流システムにその順序を送信する。最適な構成を実現するために、モジュールの転流システムが、必要な転流サブステップを含むよう促すことができる。例えば、複数のモジュールがバイパスされる場合、転流システムは、判断される順序でそれらを順にバイパスして、同時にではないが、転流を単純化し、守ることができる。
【００３９】
最適な転流構成を判断するステップＥ２はまた、バッテリのさまざまなモジュールから優先的にバイパスされるモジュールを選択するステップを含んでもよい。優先的にバイパスされるモジュールのこの選択は、バッテリのモジュールの各充電状態および／または発熱レベルに基づき行うことができる。このような方法で、バッテリのさまざまなモジュールが非常に異なる充電状態を有する場合、行われる選択は、最も充電されていないモジュールを優先的にバイパスすることとすることができる。また、バッテリのさまざまなモジュールが、非常に異なる発熱レベルを有する場合、行われる選択は、最も著しい発熱レベルを有するモジュールを優先的にバイパスすることとすることができる。これらの例において、転流順序はまた、バイパスされるモジュールの数に加え、優先的にバイパスされるモジュールと関連付けられた、識別情報の項目、例えば、数を含む必要がある。
【００４０】
有利には、スーパーバイザ自動車１２の前の調整処理を受ける、判断された最適な転流構成により、モジュールの転流を作動するために提供することが可能になり、スーパーバイザ１２は、バッテリ出力電圧をモジュールの最適な転流構成によって課せられるように修正する可能性を検証するか、または検証しない。これは、スーパーバイザが、自動車の高電圧ネットワークにリンクされるさまざまな製造者／消費者システムに起因する優先順位および制限を制御するためである。したがって、例えば、行われる選択は、それ自体が既知の方法で、本発明によって提案されるような、自動車のエネルギーバランスを最適化するためよりはむしろ、バッテリを均衡するためにモジュールの転流システムを実施するバッテリの制御モードに優先度を与えることとしてもよい。したがって、要求される最適な転流構成は作動されない。
【００４１】
さらに、ステップＥＯで確立されたトルク／機械速度点が、高電力レベルに対応する場合、本アルゴリズムは、指定されない場合は、上記したケース０に対応する転流構成を選択し、電気機械のそれらの動作特性により、最大電圧が、バッテリの出力で要求され、要求される高電力レベルを実現するまで、相互接続されたモジュールの組のいずれのモジュールもバイパスしない。
【００４２】
最後に、従来の方法では、本アルゴリズムは、あまりにも高い周波数でモジュールを転流しないために、ヒステリシスを含むことができる。
【図１】
0006400582.tif 000002