JP3592477B2 - 電気自動車の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行モータの実電力を目標出力に一致させるべく該走行モータへの通電量をフィードバック制御する電気自動車の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ところで、かかる電気自動車の制御装置において、前記実電力の算出に必要な走行モータの電流を検出する電流センサには、大電流の検出が可能なホール素子等を用いた非接触型のものが採用される。また走行モータの駆動を制御する電子制御ユニットは、前記メインバッテリとは別個に設けられた１２ボルトのサブバッテリから給電されるようになっており、このサブバッテリは前記電流センサへの給電や、メインバッテリ及びインバータ間の回路を開閉するコンタクタへの給電も司っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでサブバッテリの電圧が低下すると、電流センサの検出精度が低下して走行モータの電流を正確に検出できなくなるため、この電流を用いて算出した実電力が不正確になって走行モータの駆動を的確に制御することができなくなる。またサブバッテリの電圧が低下すると、リレーコイルの電磁力が不足してコンタクタがＯＦＦ状態になってしまうため、走行モータが回生制動中である場合には、回生電力でメインバッテリを充電できなくなって高圧回路の電圧が異常上昇する可能性がある。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サブバッテリの電圧が低下して電流センサの検出精度が落ちても、電気自動車が継続して走行できるようにするとともに、サブバッテリの電圧が更に低下してコンタクタがＯＦＦ状態になっても、回生電力による高圧回路の電圧の異常上昇を回避できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明では、サブバッテリ電圧が正常であって所定値を越えており、走行モータのモータ電流を検出する電流検出手段の精度が保証されているときには、メインバッテリの電圧及び走行モータの電流に基づいて算出した実電力を、少なくともアクセル開度に基づいて算出した目標出力に一致させるべく、フィードバック制御手段が走行モータへの通電量を制御する。
【０００６】
サブバッテリ電圧が所定値以下になって電流検出手段の精度が低下し、フィードバック制御手段が走行モータへの通電量を的確に制御できなくなると、オープンループ制御手段がフィードバック制御手段に代わって走行モータへの通電量を制御することにより、電気自動車は走行を継続することができる。
【０００７】
請求項２に記載された発明では、サブバッテリ電圧が低下して第１の所定値以下になると、オープンループ制御手段が走行モータへの通電量を少なくともアクセル開度に基づいて制御することにより、フィードバック制御手段による制御時に比べて制御精度は若干低下するものの、電気自動車は走行を継続することができる。サブバッテリ電圧が更に低下して第２の所定値以下になり、コンタクタがＯＦＦ状態になると、オープンループ制御手段が走行モータの出力をゼロに設定するので、走行モータが回生電力を発生して高圧回路の電圧が異常上昇するのを防止することができる。
【０００８】
尚、前記第１の所定値は、サブバッテリ電圧がその値以下になると電流検出手段の検出精度が低下する電圧であって、実施例では正常電圧が１２ボルトのサブバッテリにおいて１０ボルトに設定される。前記第２の所定値は、サブバッテリ電圧がその値以下になるとコンタクタがＯＦＦ状態になる可能性のある電圧であって、実施例では正常電圧が１２ボルトのサブバッテリにおいて８ボルトに設定される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図４は本発明の一実施例を示すもので、図１は電気自動車の全体構成を示す図、図２は制御系のブロック図、図３は電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図、図４は作用を説明するフローチャートである。
【００１１】
図１及び図２に示すように、四輪の電気自動車Ｖは、三相交流モータよりなる走行モータ１のトルクがトランスミッション２を介して伝達される駆動輪としての左右一対の前輪Ｗｆ，Ｗｆと、従動輪としての左右一対の後輪Ｗｒ，Ｗｒとを有する。電気自動車Ｖの後部に搭載された例えば２８８ボルトのメインバッテリ３は、コンタクタ４、ジョイントボックス５、コンタクタ４及びパワードライブユニットを構成するインバータ６を介して走行モータ１に接続される。例えば１２ボルトのサブバッテリ７にメインスイッチ８及びヒューズ９を介して接続された電子制御ユニット１０は、走行モータ１の駆動トルク及び回生トルクを制御すべくインバータ６に接続される。サブバッテリ７をメインバッテリ３の電力で充電すべく、バッテリチャージャ１１及びＤＣ／ＤＣコンバータ１２が設けられる。
【００１２】
メインバッテリ３とインバータ６とを接続する高圧回路、即ちインバータ６の直流部には、走行モータ１の電流Ｉ_ＭＯＴ を検出する電流センサＳ_１ と、メインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮを検出するメインバッテリ電圧センサＳ_２ とが設けられており、電流センサＳ_１ で検出した電流Ｉ_ＭＯＴ 及びメインバッテリ電圧センサＳ_２ で検出したメインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮは電子制御ユニット１０に入力される。また、モータ回転数センサＳ_３ で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセルペダル１３に設けられたアクセル開度センサＳ_４ で検出したアクセル開度θ_ＡＰと、シフトレバー１４に設けられたシフトレンジセンサＳ_５ で検出したシフトレンジＲと、サブバッテリ電圧センサＳ_６ で検出したサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ とが電子制御ユニット１０に入力される。
【００１３】
インバータ６は複数のスイッチング素子を備えおり、電子制御ユニット１０から各スイッチング素子にスイッチング信号を入力することにより、走行モータ１の駆動時にはメインバッテリ３の直流電力を三相交流電力に変換して該走行モータ１に供給し、走行モータ１の被駆動時（回生時）には該走行モータ１が発電した三相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ３に供給する。
【００１４】
走行モータ１の低回転数側の領域においてインバータ６はＰＷＭ（パルス幅変調）制御され、ＰＷＭ制御のデューティ率が１００％に達した後の高回転数側の領域では所謂弱め界磁制御される。弱め界磁制御とは、走行モータ１の永久磁石が発生している界磁と逆方向の界磁が発生するように、走行モータ１に供給する一次電流に界磁電流成分を持たせるもので、全体の界磁を弱めて走行モータ１の回転数を高回転数側に延ばすものである。
【００１５】
次に、図３に基づいて電子制御ユニット１０の回路構成を説明する。
【００１６】
電子制御ユニット１０は、トルク指令値算出手段２１、目標電力算出手段２２、実電力算出手段２３、比較手段２４、ＰＷＭ制御手段２５、オープンループ制御手段２７及び制御切換手段２８を備えている。前記目標電力算出手段２２、実電力算出手段２３及び比較手段２４は、フィードバック制御手段２６を構成する。
【００１７】
トルク指令値算出手段２１は、モータ回転数センサＳ_３ で検出したモータ回転数Ｎｍと、アクセル開度センサＳ_４ で検出したアクセル開度θ_ＡＰと、シフトレンジセンサＳ_５ で検出したシフトレンジＲとに基づいて、運転者が走行モータ１に発生させようとしているトルク指令値Ｑ_ＴＲＱ を予め設定されたトルクマップに基づいて算出する。
【００１８】
目標電力算出手段２２は、トルク指令値算出手段２１で算出したトルク指令値Ｑ_ＴＲＱ とモータ回転数センサＳ_３ で検出したモータ回転数Ｎｍとを乗算して走行モータ１に供給すべき、あるいは回生により走行モータ１から取り出すべき目標電力を算出する。目標電力は正値の場合と負値の場合とがあり、正の目標電力は走行モータ１が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の目標電力は走行モータ１が回生トルクを発生する場合に対応する。
【００１９】
一方、実電力算出手段２３は、電流センサＳ_１ で検出した電流Ｉ_ＭＯＴ と、メインバッテリ電圧センサＳ_２ で検出したメインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮとを乗算することにより、インバータ６に入力される実電力を算出する。目標電力と同様に、実電力にも正値の場合と負値の場合とがあり、正の実電力は走行モータ１が駆動トルクを発生する場合に対応し、負の実電力は走行モータ１が回生トルクを発生する場合に対応する。
【００２０】
目標電力算出手段２２で算出した目標電力と実電力算出手段２３で算出した実電力とは比較手段２４に入力され、そこで算出された目標電力と実電力との偏差に基づいてＰＷＭ制御手段２５がインバータ６をＰＷＭ制御（あるいは弱め界磁制御）する。その結果、実電力を目標電力に一致させるべく走行モータ１の運転状態がフィードバック制御される。
【００２１】
オープンループ制御手段２７は、モータ回転数Ｎｍ及びアクセル開度θ_ＡＰに基づいて走行モータ１に供給すべき目標電力を算出してＰＷＭ制御手段２５に出力することにより、走行モータ１をオープンループ制御する。このオープンループ制御においては、メインバッテリ電圧センサＳ_２ で検出したメインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮは使用されない。
【００２２】
制御切換手段２８は、サブバッテリ電圧センサＳ_６ で検出したサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が第１の所定値Ｖ_１ （実施例では、１０ボルト）を越えているときには、即ちサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が充分に高いために電流センサＳ_１ の精度が保証されているときには、フィードバック制御手段２６によるフィードバック制御を行わしめ、サブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が前記第１の所定値Ｖ_１ 以下になって電流センサＳ_１ の精度が保証されなくなると、オープンループ制御手段２７によるオープンループ制御を行わしめる。
【００２３】
上記作用を、図４のフローチャートを参照しながら更に説明する。
【００２４】
先ず、ステップＳ１でモータ回転数センサＳ_３ でモータ回転数Ｎｍを検出するとともに、アクセル開度センサＳ_４ でアクセル開度θ_ＡＰを検出する。ステップＳ２でメインバッテリ電圧センサＳ_２ でメインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮを検出し、サブバッテリ電圧センサＳ_６ でサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ を検出する。更にステップＳ３で電流センサＳ_１ で電流Ｉ_ＭＯＴ を検出する。
【００２５】
ステップＳ４で、シフトレンジセンサＳ_５ で検出したシフトレンジＲがドライブレンジ又はリバースレンジになければ、即ちニュートラルレンジ又はパーキングレンジにあれば、ステップＳ６で走行モータ１の駆動を停止すべくトルク指令値Ｑ_ＴＲＱ をゼロに設定する。一方、前記ステップＳ４でシフトレンジＲがドライブレンジ又はリバースレンジにあれば、ステップＳ５でモータ回転数Ｎｍ及びアクセル開度θ_ＡＰをパラメータとしてトルクマップからトルク指令値Ｑ_ＴＲＱ を検索する。続いてステップＳ７で、目標電力算出手段２２によりトルク指令値Ｑ_ＴＲＱ 及びモータ回転数Ｎｍを乗算して目標電力を算出するとともに、ステップＳ８で、実電力算出手段２３により電流Ｉ_ＭＯＴ 及びメインバッテリ電圧Ｖ_ＭＡＩＮを乗算して実電力を算出する。
【００２６】
続くステップＳ９で、制御切換手段２８によりサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ を第１の所定値Ｖ_１ である１０ボルトと比較し、サブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が１０ボルトを越えていれば、電流センサＳ_１ の精度が保証されており、且つコンタクタ４の正常な作動も保証されていると判断し、ステップＳ１０〜Ｓ１２でフィードバック制御手段２６が走行モータ１をフィードバック制御する。即ち、ステップＳ１０で実電力が目標電力以上であれば、ステップＳ１１で走行モータ１の出力を減少させるべくＰＷＭ制御手段２５が出力するデューティ率あるいは弱め界磁量を減少させる。逆にステップＳ１０で実電力が目標電力未満であれば、ステップＳ１２で走行モータ１の出力を増加させるべくＰＷＭ制御手段２５が出力するデューティ率あるいは弱め界磁量を増加させる。その結果、ステップＳ１６で実電力を目標電力に一致させるべく走行モータ１がフィードバック制御される。
【００２７】
前記ステップＳ９でサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が第１の所定値Ｖ_１ である１０ボルト以下になると電流センサＳ_１ の精度が保証されなくなったと判断し、且つステップＳ１３でサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が第２の所定値Ｖ_２ である８ボルトを越えていればコンタクタ４の正常な作動が保証されていると判断し、ステップＳ１４でオープンループ制御手段２７がＰＷＭ制御手段２５が出力するデューティ率あるいは弱め界磁量を変更して走行モータ１をオープンループ制御する。これにより、サブバッテリ７の電圧低下により電流センサＳ_１ の精度が低下してフィードバック制御が不能になっても、フィードバック制御からオープンループ制御に切り換えることにより電気自動車Ｖの走行を継続することができる。
【００２８】
前記ステップＳ１３でサブバッテリ電圧Ｖ_ＳＵＢ が第２の所定値Ｖ_２ である８ボルト以下になると、コンタクタ４がＯＦＦ状態のまま作動不能になる可能性があると判断する。コンタクタ４がＯＦＦ状態にあるときに走行モータ１の回生制動を行うと、回生電力でメインバッテリ３を充電することができなくなって高圧回路が損傷する可能性がある。しかしながら、ステップＳ１５で走行モータ１のトルクがゼロに設定されて回生電力の発生が抑制されるので、コンタクタ４がＯＦＦ状態になっても高圧回路の損傷が防止される。
【００２９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、走行モータの通電量を制御する通電制御手段が、メインバッテリの電圧及び走行モータの電流に基づいて算出した走行モータの実電力を、少なくともアクセル開度に基づいて算出した走行モータの目標電力に一致させるべく、走行モータへの通電量を制御するフィードバック制御手段を備えた電気自動車の制御装置において、前記通電制御手段に、少なくともアクセル開度に基づいて走行モータへの通電量をオープンループ制御するオープンループ制御手段と、サブバッテリ電圧検出手段で検出したサブバッテリ電圧が所定値以下になったときに、前記フィードバック制御から前記オープンループ制御に切り換える制御切換手段とを設けたので、サブバッテリ電圧が正常であって電流検出手段の精度が保証されているときには、フィードバック制御手段により走行モータへの通電量を精度良く制御できるのは勿論のこと、サブバッテリ電圧が所定値以下になって電流検出手段の精度が低下し、フィードバック制御手段が走行モータへの通電量を精度良く制御できなくなっても、電流検出手段を必要としないオープンループ制御手段で走行モータへの通電量を制御することにより電気自動車の走行を継続することができる。
【００３１】
また請求項２に記載された発明によれば、オープンループ制御手段は、サブバッテリ電圧が第１の所定値以下のときに走行モータへの通電量を少なくともアクセル開度に基づいて制御するとともに、サブバッテリ電圧が第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下のときに走行モータの出力をゼロに設定するので、サブバッテリ電圧が低下して電流検出手段の精度が低下しても電気自動車の走行を継続することができ、またサブバッテリ電圧が更に低下してコンタクタがＯＦＦ状態になっても、走行モータが回生電力を発生するのを抑制して高圧回路の電圧が異常上昇するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車の全体構成を示す図
【図２】制御系のブロック図
【図３】電子制御ユニットの回路構成を示すブロック図
【図４】作用を説明するフローチャート
【符号の説明】
１ 走行モータ
３ メインバッテリ（バッテリ）
４ コンタクタ
６ インバータ
７ サブバッテリ
１０ 電子制御ユニット（通電制御手段）
２６ フィードバック制御手段
２７ オープンループ制御手段
２８ 制御切換手段
Ｉ_ＭＯＴ 電流
Ｓ_１ 電流センサ（電流検出手段）
Ｓ_２ メインバッテリ電圧センサ（メインバッテリ電圧検出手段）
Ｓ_４ アクセル開度センサ（アクセル開度検出手段）
Ｓ_６ サブバッテリ電圧センサ（サブバッテリ電圧検出手段）
Ｖ_ＭＡＩＮ メインバッテリの電圧
Ｖ_ＳＵＢ サブバッテリの電圧
Ｖ_１ 第１の所定値
Ｖ_２ 第２の所定値
θ_ＡＰ アクセル開度

Claims (2)

1. メインバッテリ（３）の直流電力を交流電力に変換して走行モータ（１）に供給するインバータ（６）と、
   インバータ（６）を制御して走行モータ（１）への通電量を制御する通電制御手段（１０）と
   メインバッテリ（３）及びインバータ（６）を接続する回路を開閉するコンタクタ（４）と、
   メインバッテリ（３）の電圧（Ｖ_MAIN）を検出するメインバッテリ電圧検出手段（Ｓ₂ ）と、
   走行モータ（１）の電流（Ｉ_MOT ）を検出する電流検出手段（Ｓ ₁ ）と、
   アクセル開度（θ_AP）を検出するアクセル開度検出手段（Ｓ₄ ）と、
   通電制御手段（１０）、電流検出手段（Ｓ ₁ ）及びコンタクタ（４）に電力を供給するサブバッテリ（７）と、
   を備えてなり、更に前記通電制御手段（１０）は、
   メインバッテリ（３）の電圧（Ｖ_MAIN）及び走行モータ（１）の電流（Ｉ_MOT ）に基づいて算出した走行モータ（１）の実電力を、少なくともアクセル開度（θ_AP）に基づいて算出した走行モータ（１）の目標電力に一致させるべく、走行モータ（１）への通電量を制御するフィードバック制御手段（２６）を備えた電気自動車の制御装置において、
   前記通電制御手段（１０）に、
   少なくともアクセル開度（θ_AP）に基づいて走行モータ（１）への通電量をオープンループ制御するオープンループ制御手段（２７）と、
   サブバッテリ電圧検出手段（Ｓ₆ ）で検出したサブバッテリ電圧（Ｖ_SUB ）が所定値以下になったときに、前記フィードバック制御から前記オープンループ制御に切り換える制御切換手段（２８）と、
   を設けたことを特徴とする電気自動車の制御装置。
2. 前記オープンループ制御手段（２７）は、サブバッテリ電圧（Ｖ_ＳＵＢ ）が第１の所定値（Ｖ_１ ）以下のときに走行モータ（１）への通電量を少なくともアクセル開度（θ_ＡＰ）に基づいて制御するとともに、サブバッテリ電圧（Ｖ_ＳＵＢ ）が第１の所定値（Ｖ_１ ）よりも小さい第２の所定値（Ｖ_２ ）以下のときに走行モータ（１）の出力をゼロに設定することを特徴とする、請求項１に記載の電気自動車の制御装置。

Images