(57)【要約】【課題】全体のエネルギ効率の向上を図る。【解決手段】インバータと昇圧コンバータとを循環する冷却水の冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１未満であるときには、駆動電圧系電力ラインの電圧が、インバータの損失に昇圧コンバータの損失を加えたＰＣＵ損失とモータ損失との和が最小となる電圧になるよう昇圧コンバータを制御するオリジナル制御を実行し（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上となったときには、駆動電圧系電力ラインの電圧がＰＣＵ損失とモータ損失との和が最小となる電圧より低い電圧になるよう昇圧コンバータを制御する高水温時制御を実行する（ステップＳ１２０，Ｓ１５０）。これにより、ＰＣＵ損失と冷却水を圧送する電動ウォータポンプの損失を低下させて全体の損失を低下させることができる。よって全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行用のモータと、
バッテリと、
前記バッテリからの電力の昇圧を伴って該電力を用いて前記モータを駆動する電力変換器と、
前記電力変換器に冷媒を循環させる循環流路と、前記冷媒を圧送する電動ポンプと、を有する冷却システムと、
前記電力変換器における損失と前記モータにおける損失との和が最小となる損失最小電圧を目標昇圧電圧に設定して、前記電力変換器の昇圧電圧が前記目標昇圧電圧となるよう前記電力変換器を制御する制御手段と、
を備える電動車両であって、
前記制御手段は、前記冷媒の温度が所定温度以上となったときには、前記損失最小電圧より低い電圧を前記目標昇圧電圧に設定する、
電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動車両に関し、詳しくは、走行用のモータと、バッテリと、バッテリからの電力の昇圧を伴って該電力を用いてモータを駆動する電力変換器と、電力変換器に冷媒を循環させる循環流路と冷媒を圧送する電動ポンプとを有する冷却システムと、と共に電動車両に搭載される電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動車両としては、モータと、バッテリと、コンバータと、インバータと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。モータは、走行用の動力を出力する。コンバータは、バッテリ電圧を所定の電圧値まで昇圧してインバータに供給する。インバータは、コンバータからの電力でモータを駆動する。この電動車両の制御装置では、コンバータ，インバータ，モータにおける総和損失電力が最小となる第１の昇圧電圧を導出し、モータの制御性から要求される第２の昇圧電圧を導出する。そして、第１および第２の昇圧電圧のうち大きいほうの電圧をコンバータによる昇圧電圧指令値に設定し、コンバータによる昇圧電圧が昇圧電圧指令値となるようコンバータを制御する。これにより、システム効率の向上とシステム制御性の確保とを考慮して、コンバータの昇圧電圧を適切に設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インバータおよびコンバータに冷媒を循環させる循環流路と、冷媒を圧送する電動ポンプと、を有する冷却システムが搭載された電動車両の制御装置では、コンバータ，インバータ，モータにおける総和損失電力が最小となる第１の昇圧電圧とモータの制御性から要求される第２の昇圧電圧とのうち大きいほうの電圧を昇圧電圧指令値に設定してコンバータを制御しても、エネルギ効率の向上が図れない場合がある。冷却システムでは、冷媒の温度が上昇すると、電動ポンプからインバータやコンバータに供給する冷媒の流量を増加させるために電動ポンプの出力が増加し、電動ポンプの損失が増加してしまう。そのため、コンバータ，インバータ，モータにおける総和損失電力が最小となるようコンバータを制御しても、電動車両全体で考えると、損失が増加してしまう。
【０００５】
本発明の電動車両は、電動ポンプを備える冷却システムが搭載された電動車両において、全体としてのエネルギ効率の向上を図ることを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の電動車両は、
走行用のモータと、
バッテリと、
前記バッテリからの電力の昇圧を伴って該電力を用いて前記モータを駆動する電力変換器と、
前記電力変換器に冷媒を循環させる循環流路と、前記冷媒を圧送する電動ポンプと、を有する冷却システムと、
前記電力変換器における損失と前記モータにおける損失との和が最小となる損失最小電圧を目標昇圧電圧に設定して、前記電力変換器の昇圧電圧が前記目標昇圧電圧となるよう前記電力変換器を制御する制御手段と、
を備える電動車両であって、
前記制御手段は、前記冷媒の温度が所定温度以上となったときには、前記損失最小電圧より低い電圧を前記目標昇圧電圧に設定する、
ことを要旨とする。
【０００８】
この本発明の電動車両では、電力変換器における損失とモータにおける損失との和が最小となる損失最小電圧を目標昇圧電圧に設定して、電力変換器の昇圧電圧が目標昇圧電圧となるよう電力変換器を制御する。そして、冷媒の温度が所定温度以上のときには損失最小電圧より低い電圧を目標昇圧電圧に設定する。電力変換器における損失は、目標昇圧電圧が低くなるほど小さくなる。また、電力変換器の損失が小さくなるほど冷媒の温度の上昇が抑制され、電動ポンプの出力を低くすることができる。したがって、冷媒の温度が所定温度以上のときには、損失最小電圧より低い電圧を目標昇圧電圧に設定することにより、電力変換器における損失を小さくすることができ、冷媒の温度を低くして電動ポンプの出力を低くすることができる。これにより、全体のエネルギ効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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】メインＥＣＵ５０により実行される昇圧コンバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】あるモータ３２の駆動点における駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧とモータ損失Ｌｍ、ＰＣＵ損失Ｌｐ、駆動系損失Ｌｄとの関係を示す説明図である。
【図４】実施例と比較例とにおける損失の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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】
【００１１】
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、モータ３２と、インバータ３４と、昇圧コンバータ３６と、バッテリ３８と、冷却システム４２と、メイン電子制御ユニット（以下、「メインＥＣＵ」という）５０と、を備える。
【００１２】
モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する周知の同期発電電動機として構成されている。モータ３２は、回転子が駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して接続された駆動軸２２に接続されている
【００１３】
インバータ３４は、図示はしないが、６つのトランジスタと各トランジスタに逆方向に並列接続された６つのダイオードと、を備えている。インバータ３４は、メインＥＣＵ５０によって、それぞれのトランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。
【００１４】
昇圧コンバータ３６は、インバータ３４が接続された駆動電圧系電力ライン４０ａと、バッテリ３８が接続された電池電圧系電力ライン４０ｂと、に接続されている。昇圧コンバータ３６は、図示はしないが、２つのトランジスタと、２つのトランジスタに逆方向に並列接続された２つのダイオードと、リアクトルと、を有する。昇圧コンバータ３６は、メインＥＣＵ５０によって２つのトランジスタがオンオフされることにより、電池電圧系電力ライン４０ｂの電力を昇圧して駆動電圧系電力ライン４０ａに供給したり、駆動電圧系電力ライン４０ａの電力を降圧して電池電圧系電力ライン４０ｂに供給したりする。  
【００１５】
バッテリ３８は、例えば２００Ｖや２５０Ｖなどのリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。バッテリ３８は、メインＥＣＵ５０により管理されている。
【００１６】
冷却システム４２は、昇圧コンバータ３６とインバータ３４とに冷却水を循環させる循環流路４２ａと、循環流路４２ａに取り付けられた電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４２ｂと、冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））と外気との熱交換を行なうラジエータ４２ｃと、を備える。電動ウォータポンプ４２ｂは、メインＥＣＵ５０により制御されている。
【００１７】
メインＥＣＵ５０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。メインＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍ。モータ３２の三相コイルの各相に流れる相電流を検出する電流センサからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ。バッテリ３８の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂ。バッテリ３８の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ。バッテリ３８に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂ。イグニッションスイッチ（スタートスイッチ）６０からのイグニッション信号。シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ。アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ。ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ。車速センサ６８からの車速Ｖ。冷却水の温度を検出する水温センサ４２ｄからの冷却水温Ｔｗ。メインＥＣＵ５０からは、各種制御信号などが出力ポートを介して出力されている。各種制御信号としては、以下のものを挙げることができる。インバータ３４のスイッチング素子へのスイッチング制御信号。昇圧コンバータ３６のスイッチング素子へのスイッチング制御信号。電動ウォータポンプ４２ｂへの駆動信号。メインＥＣＵ５０は、モータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の回転数Ｎｍを演算している。
【００１８】
こうして構成された実施例の電気自動車２０では、メインＥＣＵ５０は、アクセル開度ＡｃｃやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖに応じて駆動軸２２に要求される要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊によって走行するようにモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ＊でモータ３２が駆動されるようインバータ３４の図示しないスイッチング素子をスイッチング制御する。
【００１９】
メインＥＣＵ５０は、冷却水温Ｔｗが高くなるほど出力が大きくなるよう電動ウォータポンプ４２ｂを制御する。
【００２０】
次に、こうした実施例の電気自動車２０の動作、特に、昇圧コンバータ３６の制御について説明する。図２は、メインＥＣＵ５０により実行される昇圧コンバータ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２１】
本ルーチンが実行されると、メインＥＣＵ５０は、水温センサ４２ｄからの冷却水温Ｔｗやモータ３２の回転数Ｎｍ，モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊，フラグＦを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、フラグＦは、後述する高水温時制御を実行しているときに値１に設定され、高水温時制御を実行していないときには値０に設定されるものとした。
【００２２】
続いて、フラグＦの値を調べる（ステップＳ１１０）。フラグＦが値０であるとき、すなわち、高水温時制御を実行していないときには、入力した冷却水温Ｔｗと閾値Ａ１とを比較する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ａ１は、電動ウォータポンプ４２ｂの損失が大きいか否かを判定するための閾値であり、例えば、４０℃，５０℃，６０℃などに設定されるものとした。
【００２３】
冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１未満であるときには（ステップＳ１２０）、オリジナル制御を実行し（ステップＳ１３０）、フラグＦに値０を設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。オリジナル制御では、モータ３２の回転数Ｎｍとトルク指令Ｔｍ＊とからなる目標駆動点Ｐ＊でモータ３２を駆動でき、且つ、モータ３２の損失（以下、「モータ損失」という）Ｌｍと、昇圧コンバータ３６の損失にインバータ３４の損失を加えたＰＣＵ損失Ｌｐと、の和である駆動系損失Ｌｄ（＝Ｌｍ＋Ｌｐ）が最小となる駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧Ｖｍｉｎを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定する。そして、駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが目標昇圧電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ３６のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。図３は、あるモータ３２の駆動点における駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨとモータ損失Ｌｍ、ＰＣＵ損失Ｌｐ、駆動系損失Ｌｄとの関係の一例を示す説明図である。モータ損失Ｌｍは、図示するように、電圧ＶＨに対して下に凸の曲線となっており、電圧Ｖｍｉｎで最小値となり、電圧Ｖｍｉｎより高い領域より低い領域のほうが変化の程度が大きくなっている。ＰＣＵ損失Ｌｐは、電圧ＶＨが低くなるほど小さくなる。したがって、駆動系損失Ｌｄは、図示するように、電圧ＶＨに対して電圧Ｖｍｉｎで最小値となる下に凸の曲線となる。オリジナル制御では、電圧Ｖｍｉｎを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定して昇圧コンバータ３６を制御するから、駆動系損失Ｌｄを低くすることができる。
【００２４】
冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上であるときには（ステップＳ１２０）、高水温時制御を実行し（ステップＳ１５０）、フラグＦに値１を設定して（ステップ１６０）、本ルーチンを終了する。高水温時制御では、電圧Ｖｍｉｎより所定電圧Ｖｒｅｆだけ低い電圧Ｖａを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定する。ここで、所定電圧Ｖｒｅｆは、例えば、５０Ｖ，７５Ｖ，１００Ｖなどであるものとした。そして、駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが目標昇圧電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ３６のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。上述したように、ＰＣＵ損失Ｌｐは、電圧ＶＨが低くなるほど小さくなることから、電圧Ｖｍｉｎより所定電圧Ｖｒｅｆだけ小さい電圧を目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定することにより、ＰＣＵ損失Ｌｐを低下させることができ、冷却水の温度を下げることができる。
【００２５】
フラグＦが値１であるとき、すなわち、高水温時制御が実行中であるときには（ステップＳ１１０）、冷却水温Ｔｗと閾値Ａ２とを比較する（ステップＳ１７０）。ここで、閾値Ａ２は、高水温時制御を継続するか否かを判定するための閾値である。閾値Ａ２は、閾値Ａ１よりも低く、２５℃，３０℃，３５℃などとした。
【００２６】
冷却水温Ｔｗが閾値Ａ２以上であるときには（ステップＳ１７０）、高水温時制御を継続し（ステップＳ１５０）、フラグＦに値１を設定し（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。冷却水温Ｔｗが閾値Ａ２未満であるときには、高水温時制御を終了してオリジナル制御を実行し（ステップ１３０）、フラグＦに値０を設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。こうした処理により、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ２未満になるまで高水温時制御を継続することができる。ここで、高水温時制御を実行する理由について説明する。
【００２７】
図４は、実施例および比較例において、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上となってからある程度時間が経過したとき（実施例において冷却水温Ｔｗが低下したとき）における駆動損失Ｌｄに電動ウォータポンプ４２ｂの損失（以下、「ポンプ損失」という）Ｌｗｐを加えた合計損失と各損失の内訳の一例を示す説明図である。比較例では、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上であるか否かに拘わらず、電圧Ｖｍｉｎを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定するオリジナル制御を行なうものとした。駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが電圧Ｖｍｉｎであるときには、図３に示すように、駆動系損失Ｌｄは最小となっている。冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上のときに駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨを電圧Ｖｍｉｎとすると、冷却水の温度がある程度下がるまで、電動ウォータポンプ４２ｂの出力を高くする必要がある。電動ウォータポンプ４２ｂの出力が高くなると、電動ウォータポンプ４２ｂの損失（以下、「ポンプ損失」という）Ｌｗｐが増加する。そのため、駆動系損失Ｌｄが最小となっていてもポンプ損失Ｌｗｐが比較的大きく、合計損失が大きくなり、全体のエネルギ効率が低下する。実施例では、電圧Ｖｍｉｎより低い電圧Ｖａを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定することにより、比較例よりＰＣＵ損失Ｌｐを低くすることができ、冷却水温Ｔｗが比較的迅速に低下する。冷却水温Ｔｗが迅速に低下すると、電動ウォータポンプ４２ｂの出力を迅速に低くすることができ、ポンプ損失Ｌｗｐが低下する。このように、実施例では、図４に示すように、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上となってからある程度時間が経過したときには比較例よりＰＣＵ損失Ｌｐとポンプ損失Ｌｗｐとを小さくすることができ、合計損失を低くすることができる。よって、エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２８】
以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、冷却水温Ｔｗが閾値Ａ１以上となったときには、ＰＣＵ損失Ｌｐとモータ損失Ｌｍとの和が最小となる電圧Ｖｍｉｎより小さい電圧Ｖａを目標昇圧電圧ＶＨ＊に設定して、駆動電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが目標昇圧電圧ＶＨ＊となるよう昇圧コンバータ３６を制御することにより、エネルギ効率の向上を図ることができる。
【００２９】
実施例では、本発明をモータからの動力で走行する電動車両に適用するものとした。しかし、走行用のモータを備える車両であればよいから、エンジンと第１モータと第２モータとがプラネタリギヤの３つの回転要素に接続されエンジンや第２モータの動力を前輪または後輪に接続された駆動軸に動力を出力して走行するハイブリッド車両に適用するものとしてもよい。また、本発明を、エンジンと第１モータと第２モータとがプラネタリギヤの３つの回転要素に接続されエンジンや第２モータの動力を前輪または後輪に接続された第１駆動軸に動力を出力すると共に、第３モータからの動力を第１駆動軸が接続された車輪とは異なる車輪に接続された第２駆動軸に出力して走行するハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。さらに、本発明を、シリーズハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。
【００３０】
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３２が「モータ」に相当し、バッテリ３８が「バッテリ」に相当し、インバータ３４と昇圧コンバータ３６とを組み合わせたものが「電力変換器」に相当し、電動ウォータポンプ４２ｂが「電動ポンプ」に相当し、冷却システム４２が「冷却システム」に相当し、メインＥＣＵ５０が「制御手段」に相当する。
【００３１】
なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
【００３２】
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】
【００３３】
本発明は、電動車両などの製造産業に利用可能である。
【符号の説明】
【００３４】
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、３２  モータ、３２ａ  回転位置検出センサ、３４  インバータ、３６  昇圧コンバータ、３８  バッテリ、４０ａ  駆動電圧系電力ライン、４０ｂ  電池電圧系電力ライン、４２  冷却システム、４２ａ  循環流路、４２ｂ  電動ウォータポンプ、４２ｃ  ラジエータ、４２ｄ  水温センサ、５０  メインＥＣＵ、６０  イグニッションスイッチ、６１  シフトレバー、６２  シフトポジションセンサ、６３  アクセルペダル、６４  アクセルペダルポジションセンサ、６５  ブレーキペダル、６６  ブレーキペダルポジションセンサ、６８  車速センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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