JP5454789B2 - 電動車両の制御装置 - Google Patents
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Description
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。
そこで、バッテリ充電率またはバッテリ電流が使用可能範囲を超えないように制御する技術が開発されている(特許文献1、2)。
特許文献2に記載の制御装置では、バッテリ温度に応じてバッテリの充放電時間を制限することで、バッテリ充電率の使用可能範囲からの大きな逸脱を防いでいる。
また、請求項3の電動車両の制御装置は、請求項1において、限界値は、バッテリの充電時におけるバッテリ電圧の上限値であることを特徴とする。
また、請求項4の電動車両の制御装置は、請求項1において、限界値は、バッテリの充放電時におけるバッテリ電流の上限値であることを特徴とする。
また、請求項6の電動車両の制御装置は、請求項5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。
特に、トルク抑制手段は、電気モータのトルクと回転角速度との積算値が、バッテリの電圧または入出力電流が限界値に達した時点での積算値と一致するように、電気モータの回転角速度に基づいて要求トルクが設定されるので、限界値に達したときに電気モータの作動が変動してもバッテリ電圧または入出力電流が限界値に維持されるように迅速に制御することができる。
本発明の請求項3の電動車両の制御装置によれば、回生充電時に例えば車両が下り坂を走行して電気モータの充電電流が上昇しても、バッテリ電圧が上限値を上回らないように制御され、バッテリの過充電を防止することができる。
本発明の請求項5の電動車両の制御装置によれば、バッテリ電流の上限値がバッテリの温度に基づいて設定されるので、バッテリの温度によるバッテリ電流の許容量の変化に対応して効率のよい充放電を行なうことができる。
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。
図2は、バッテリ3の充電率と開放端電圧との関係を示すグラフである。
図2に示すように、バッテリ3の充電率は、バッテリ3の開放端電圧と一義的な関係を有しており、充電率が低下すると開放端電圧も低下する。
このような点を鑑み、本実施形態では、車両加速時にバッテリ3の最低セル電圧Vminが下限値VlimLに達した場合に、バッテリ3の最低セル電圧Vminが下限値VlimLを下回らないようにモータジェネレータ2をトルク制御する第1のトルク制御を行なう。
本ルーチンは、車両走行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。
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。
但し、T1は最低セル電圧Vminが下限値VlimLに達したときのモータトルク、ω1は最低セル電圧がVminが下限値VlimLに達したときのモータ回転角速度であり、これらの値は夫々最低セル電圧Vminが下限値VlimL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。
Tfb=η×Vbat×(Kp+Ki/S)(VlimL−Vmin)/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、下限値VlimLとともにあらかじめ設定された値である。Sはラプラス演算子であり、バッテリ電圧Vbat及び最低セル電圧VminはBMU10から入力する。
そして、ステップS40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。
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。
以上のように、第1のトルク制御では、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、本実施形態では、バッテリ2の最低セル電圧Vminが下限値VlimL以下となった場合に、バッテリ電圧を下限値VlimL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。
Tω=η×Vbat×Ibat・・・(4)
バッテリ電圧Vbatを一定に保つには、バッテリの内部抵抗が一定であるとすると、電流Ibat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、バッテリ電圧Vbat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、最低セル電圧Vminが下限値VlimLに達した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が変動しても最低セル電圧Vminが下限値VlimLに維持される。
以下に、第2のトルク制御について上記第1のトルク制御との相違点について述べる。
第2のトルク制御では、バッテリ3の各セルの電圧の最大値である最高セル電圧Vmaxが上限値VlimHに達したときのモータトルクT2及びモータ回転角速度ω2を記憶しておき、図3に示すフローチャートのステップS30において、これらの積算値と現在のモータトルクT及びモータ回転角速度ωとの積算値が同一になるように、モータ回転角速度ωの値の変動に対応してモータトルクTを制御する。具体的には、下記(5)式に示すようにフィードフォワード制御トルクTffを演算するとともに、下記(6)式に示すようにフィードバック制御トルクTfbを演算し、上記第1のトルク制御における式(1)と同様に抑制トルクT’を演算する。
Tfb=η×Ibat×(Kp+Ki/S)×(Vmax−VlimH)/ω・・・(6)
このように制御することで、第2のトルク制御では、回生充電時にバッテリ3への充電電流(バッテリ電流Ibat)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停止等により上昇側への電圧変動が生じた場合に、最高セル電圧Vmaxが上限値VlimHに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。特に、フィードフォワード制御トルクTffを加えて制御することで、バッテリ電圧が上限値VlimHを超えないように迅速に制御することができる。
また、本実施形態では、バッテリ3の充電電流または放電電流が上限値IlimHを超えないようにモータジェネレータ2をトルク制御する第3のトルク制御を行なう。
第3のトルク制御では、上記第2のトルク制御おける最高セル電圧Vmax及びバッテリ電圧Vbatの代わりにバッテリ電流Ibatを用いて、これが上限値IlimHを超えないように制御する。詳しくは、図3に示すフローチャートのステップS30において演算するフィードフォワード制御トルクTffを以下の式(7)により演算するとともに、フィードバック制御トルクTfbを式(8)により演算する。
Tfb=η×Vbat×(Kp’+Ki’/S)×(Ibat−IlimH)/ω・・・(8)
ここで、T3はバッテリ電流が上限値IlimHに達したときのモータトルク、ω3はバッテリ電流が上限値IlimHに達したときのモータ回転角速度、及びKp’は比例ゲイン、Ki’は積分ゲインである。
図4に示すように、バッテリ温度の高い領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、バッテリ温度の低い領域では充電電流のみ上限値IlimHが低く抑えられる。これは、バッテリ温度の高い領域では充電及び放電ともにバッテリ温度が上昇することでバッテリ3の熱による劣化を抑制することを目的とするためであり、バッテリ温度の低い領域では、充電電流の受け入れ性が低下することから過度の充電電流により内部短絡を起こし易くなるので、この内部短絡によるバッテリの劣化を防止することを目的とする。
このように第3のトルク制御では、バッテリ電流Ibatが上限値IlimH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ことで、電流過多によるバッテリ3の劣化を防止することができる。そして、第3のトルク制御についても第1のトルク制御及び第2のトルク制御と同様に、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の作動変動に対してモータジェネレータ2の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。
2 モータジェネレータ
3 バッテリ
10 BMU
11 EV−ECU
12 MCU
Claims (7)
- 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、減速エネルギーを利用して前記電気モータで発電した電力により前記バッテリを充電する回生充電が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、
前記電気モータの駆動時または前記回生充電時に、前記バッテリの電圧または入出力電流が限界値に達した場合に、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、
前記トルク抑制手段は、前記バッテリの電圧または入出力電流が前記限界値に達した時点での前記電気モータのトルクと回転角速度とを記憶し、前記電気モータの駆動時または前記回生充電時に前記電気モータの回転角速度とトルクとの積算値が、前記限界値に達した時点で記憶した前記トルクと回転角速度との積算値と一致するように、前記電気モータの回転角速度に基づいて前記要求トルクを設定するフィードフォワード制御機能を有していることを特徴とする電動車両の制御装置。 - 前記限界値は、前記バッテリからの放電時におけるバッテリ電圧の下限値であ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。
- 前記限界値は、前記バッテリの充電時におけるバッテリ電圧の上限値であ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。
- 前記限界値は、前記バッテリの充放電時におけるバッテリ電流の上限値であ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。
- 前記上限値は前記バッテリの温度に基づいて設定されることを特徴とする請求項4に記載の電動車両の制御装置。
- 前記限界値は、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5に記載の電動車両の制御装置。
- 前記トルク抑制手段は、前記バッテリの電圧または入出力電流が前記限界値を超えたときに、前記限界値との差に基づいて前記電気モータの要求トルクを補正するフィードバック制御機能を更に有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の電動車両の制御装置。
Priority Applications (4)
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