JP2010246357A - 車両駆動電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動電力制御装置において、電力制御に用いる電圧測定手段の測定精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】コントロールユニット３２は、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬから電池電圧センサ３６の測定値ＶＢを減算し、オフセット補正値Ｄを求める。コントロールユニット３２は、オフセット補正値Ｄを記憶部４２に記憶する。コントロールユニット３２は、走行制御および充放電制御を行うときは、記憶部４２からオフセット値Ｄを読み込む。そして、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬからオフセット補正値Ｄを減算し、補正後入力電圧センサ測定値ＶＬＰを求める。コントロールユニット３２は、補正後入力電圧センサ測定値ＶＬＰを用いて走行制御および充放電制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力駆動車両に搭載される駆動電力制御装置に関する。

モータの駆動力によって走行するハイブリッド自動車、電気自動車等の電力駆動車両が広く用いられている。このような電力駆動車両には、電池からモータへと供給される駆動電力、およびモータから電池へと回収される回生電力を調整する電力調整回路が備えられる。コントロールユニットは、運転操作に応じて電力調整回路を制御し、駆動電力および回生電力を調整して走行制御を行う。

このような走行制御が行われると共に電池は充放電を行う。電池の充放電は、電池に必要最少限の電荷が充電された状態となるよう、また、電池の電気的負担が大きくならないよう行うことが好ましい。そこで、コントロールユニットは電池の充電状態を監視し、充電状態が所定条件を満たすよう駆動電力および回生電力を制限することで充放電制御を行う。

特開２００３−１８９５９９号公報 特開２０００−２４１５２０号公報 特開２００８−０７２８７５号公報

コントロールユニットが、走行制御および電池の充放電制御を行う際には、電池から電力調整回路に印加される電圧を測定する電圧センサの測定値を用いる。したがって、電圧センサの測定精度が低い場合には、適切な走行制御および適切な充放電制御が困難となるという問題が生じる。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、車両駆動電力制御装置において、電力制御に用いる電圧測定手段の測定精度を向上させることを目的とする。

なお、特許文献１には、電力調整回路に用いられる電圧センサが故障した場合の技術について記載されている。また、特許文献２には電力調整回路に用いられる電圧センサの測定誤差を修正する技術について記載されている。特許文献３には、電力調整回路に用いられる電流センサのオフセットを補正する技術について記載されている。

本発明は、車両の駆動電力を調整する電力調整部と、前記電力調整部との間で電力を授受する電池と、を備える車両に搭載される、車両駆動電力制御装置において、前記電池と前記電力調整部との間の電力経路における複数箇所の線間電圧を測定する電圧測定部と、前記電圧測定部による複数の測定値のうちいずれかの測定値を当該複数の測定値のうちの他の測定値に基づいて補正する測定値補正部と、補正された測定値に基づいて前記電力調整部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両駆動電力制御装置においては、前記電圧測定部は、前記電池の出力電圧を測定する電池電圧センサと、前記電池の出力電圧に基づく前記電力調整部の入力電圧を測定する入力電圧センサと、を備え、前記測定値補正部は、前記電池電圧センサの測定値と前記入力電圧センサの測定値との差異を求め、求められた測定差異値に基づいて前記入力電圧センサの測定値を補正し、前記制御部は、補正された前記入力電圧センサの測定値に基づいて前記電力調整部を制御することが好適である。

また、本発明に係る車両駆動電力制御装置においては、前記測定値補正部は、前記電力調整部が駆動電力の調整を行わない調整停止状態となったときに、測定差異値を求めることが好適である。

また、本発明に係る車両駆動電力制御装置においては、前記測定値補正部は、前記電力調整部が調整停止状態となる毎にそれぞれが求められた複数の測定値差異に対する平均値を、測定電圧補正のための測定差異値として求めることが好適である。

また、本発明に係る車両駆動電力制御装置においては、前記電池と前記電力調整部との間の電力経路を流れる電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された電流値が所定範囲内であるか否かを判定する電流判定部と、を備え、前記測定値補正部は、検出された電流値が所定範囲内である旨の判定を前記電流判定部がしたときに、測定差異値を求めることが好適である。

また、本発明に係る車両駆動電力制御装置においては、前記電池電圧センサの測定値に基づいて前記電池の充電深度を求める充電深度決定部を備え、前記制御部は、前記充電深度決定部によって求められた充電深度に基づいて、前記電力調整部を制御することが好適である。

本発明によれば、車両駆動電力制御装置において、電力制御に用いる電圧測定手段の測定精度を向上させることができる。

ハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。 測定値補正処理においてコントロールユニットが実行する処理を示すフローチャートである。 入力電圧センサおよび電池電圧センサの各測定値の時間波形を示す図である。 応用例に係るハイブリッド車両駆動システムの構成を示す図である。 応用例に係る測定値補正処理においてコントロールユニットが実行する処理を示すフローチャートである。

図１に本発明の実施形態に係るハイブリッド車両駆動システムの構成を示す。本システムを搭載するハイブリッド車両は、走行状態に応じたモータ２０、エンジン２４、およびジェネレータ２２の制御を行い、モータ２０単独の駆動力、モータ２０およびエンジン２４の合成駆動力、または、エンジン２４単独の駆動力のいずれかによって走行する。一般にエンジンは低速回転時のエネルギー効率が低い。したがって、例えば、低速走行時にエンジン駆動を行わないようにすることで、低速走行時のエネルギー効率を向上させることができる。

走行中のエンジン２４の始動はジェネレータ２２によって行う。エンジン２４が始動した後は、エンジン２４によってジェネレータ２２を駆動し、ジェネレータ２２の発電電力によって電池１０を充電することができる。

ハイブリッド車両駆動システムの構成について説明する。電池１０の正極は、リレースイッチ１２を介して電力調整回路１８の正極端子１４に接続される。電池１０の負極は、リレースイッチ１２を介して電力調整回路１８の負極端子１６に接続される。電力調整回路１８にはモータ２０およびジェネレータ２２が接続される。

電池１０には、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を用いることができる。電力調整回路１８は、正極端子１４と負極端子１６との間に印加された電圧を昇圧する昇圧コンバータ回路、昇圧後の電圧を交流電圧に変換するインバータ回路を含んで構成することができる。

電力調整回路１８は、コントロールユニット３２の制御に応じて、正極端子１４および負極端子１６から入力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をモータ２０に出力する。また、コントロールユニット３２の制御に応じて、モータ２０による交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力を正極端子１４および負極端子１６から出力する。

同様にして、電力調整回路１８は、コントロールユニット３２の制御に応じて、正極端子１４および負極端子１６から入力される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力をジェネレータ２２に出力する。また、コントロールユニット３２の制御に応じて、ジェネレータ２２による交流発電電力を直流電力に変換し、その直流電力を正極端子１４および負極端子１６から出力する。

モータ２０、ジェネレータ２２およびエンジン２４の各シャフトは動力分割機構２６に取り付けられる。動力分割機構２６は、モータ２０、ジェネレータ２２およびエンジン２４の相互間でトルクを伝達する。モータ２０のシャフトには動力伝達機構２８が取り付けられる。動力伝達機構２８は、モータ２０、ジェネレータ２２およびエンジン２４の相互間でトルクを作用した結果、モータ２０のシャフトに発生したトルクを車輪３０に伝達する。

次に、ハイブリッド車両駆動システムによる走行制御および電池１０の充放電制御について説明する。運転操作部３４は、運転開始および終了のためのキー、アクセルペダル、ブレーキペダル等を含み、これらの操作に応じた情報をコントロールユニット３２に出力する。

運転操作部３４のキーによってイグニッションオンの操作がされることで、運転操作部３４はイグニッションオン情報をコントロールユニット３２に出力する。これによってコントロールユニット３２はリレースイッチ１２をオンに制御し、電力調整回路１８の制御を開始する。ここで、イグニッションオンの状態とは、ハイブリッド車両における各構成部に電源電力が供給され、走行することが可能な状態をいう。

速度センサ４０は車両の速度を測定し、測定値をコントロールユニット３２に出力する。入力電圧センサ３８は、正極端子１４と負極端子１６との間の電圧を測定し、測定値をコントロールユニット３２に出力する。電池電圧センサ３６は、電池１０の出力電圧を測定し、測定値をコントロールユニット３２に出力する。運転操作部３４は、アクセルペダル、ブレーキペダル等の操作に応じて走行操作情報をコントロールユニット３２に出力する。

電池電圧センサ３６としては、その測定精度が入力電圧センサ３８の測定精度よりも高いものを用いる。電池１０として、複数の単位電池（セル）を直列接続したものを用いた場合には、各単位電池に対する測定電圧に基づいて電池全体の出力電圧を測定する電圧センサを用いることが好適である。この場合、電池電圧センサ３６は、各測定結果を加算合計することで電池１０の出力電圧を求める。このような構成にすることで電池電圧の測定精度を向上させることができる。

コントロールユニット３２は、走行操作情報、入力電圧センサ３８の測定値、電池電圧センサ３６の測定値および速度センサ４０の測定値に基づいて、電力調整回路１８とモータ２０との間で授受される電力、および電力調整回路１８とジェネレータ２２との間で授受される電力を調整する。例えば、各センサの測定値をフィードバック値としてモータ２０およびジェネレータ２２のトルク指令値を求め、トルク指令値に応じて電力調整回路１８のスイッチングタイミングを制御する。なお、コントロールユニット３２は、電池電圧センサ３６の測定値によって入力電圧センサ３８の測定値を補正して用いる。この補正処理については後述する。

コントロールユニット３２は、さらに、走行操作情報および速度センサ４０の測定値に基づいてエンジン２４の始動制御および停止制御を行う。このようにして、コントロールユニット３２は、走行操作情報に応じたモータ２０、ジェネレータ２２、およびエンジン２４の制御を行い走行制御を行う。

電池１０は、ハイブリッド車両走行のための電力を供給または蓄積するため、走行制御と共に充電または放電を行う。コントロールユニット３２は、電池１０の充電状態が所定の条件を満たすよう走行制御と共に充放電制御を行う。電池１０の充電状態は、例えば、充電深度によって表すことができる。

電池１０には、発進時にモータ２０を駆動するために必要な電荷、または、ジェネレータ２２がエンジン２４を始動するために必要な電荷を最少限の電荷として充電しておくことが好ましい。一方、電池１０に過剰な電荷を充電させると、電池１０の充電容量が早期に低下する等、電池１０の寿命が短くなることがある。そこで、ハイブリッド車両駆動システムは、電池１０の充電深度が適切な目標範囲内となるよう充放電制御を行う。

コントロールユニット３２は、電池電圧センサ３６から出力された測定値に基づいて電池１０の充電深度を求める。コントロールユニット３２は、走行制御を行う際には、電池１０の充電深度が所定の目標範囲内となるよう電力調整回路１８を制御する。例えば、充電深度が目標範囲の上限値を超えたときは、モータ２０の発電電力およびジェネレータ２２の発電電力が電池１０に供給されないよう電力調整回路１８を制御する。また、充電深度が目標範囲の下限値を下回るときは、エンジン２４を始動し、ジェネレータ２２の発電電力によって電池１０が充電されるよう電力調整回路１８を制御する。

このような充放電制御は、上述の走行制御に含ませて行うことができる。例えば、電池１０の充電深度が所定の目標範囲内となるよう、走行制御に従って求められるトルク指令値の範囲を制限し、その制限されたトルク指令値に応じて電力調整回路１８のスイッチングタイミングを制御する。

運転操作部３４のキーによってイグニッションオフの操作がされることで、運転操作部３４はイグニッションオフ情報をコントロールユニット３２に出力する。これによってコントロールユニット３２は、電力調整回路１８の制御を停止し、リレースイッチ１２をオフに制御する。ここで、イグニッションオフの状態とは、コントロールユニット３２等の制御系統を除く構成部への電源電力が遮断され、運転終了の処理が行われている状態をいう。

このように、コントロールユニット３２は、電力調整回路１８の制御に基づく走行制御および充放電制御を行う。これらの制御においては、入力電圧センサ３８および電池電圧センサ３６の測定値、すなわち、正極端子１４と負極端子１６との間の入力電圧の測定値が用いられる。この測定値の精度が十分高くない場合には、次のような問題が生じることがある。

例えば、入力電圧測定値に誤差があると、電池１０の実際の充電状態が所定条件を満たすにもかかわらずトルク指令値が制限され、運転操作性に影響を及ぼすことがある。また、入力電圧測定値に誤差があると、充放電制御が最適に行われないことによって電池１０の電気的負担が重くなることがある。したがって、適切な制御を行うためには、入力電圧センサ３８および電池電圧センサ３６に測定精度が高いものを用いることが好ましい。

しかし、システムに用いる総ての電圧センサに測定精度が高いものを用いるとコストが高くなるという問題が生じる。そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両駆動システムにおいては、入力電圧センサ３８については、その測定精度が必ずしも電池電圧センサ３６の測定精度よりも高いことを要さないものとする。そして、次に説明する測定値補正処理に従い、入力電圧センサ３８の測定値を電池電圧センサ３６の測定値によって補正して用いる。

図２は、測定値補正処理においてコントロールユニット３２が実行する処理を示すフローチャートである。コントロールユニット３２は、運転操作部３４からイグニッションオン情報が出力され、走行制御および充放電制御を行うときは、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬを読み込む（Ｓ１０１）。コントロールユニット３２は、さらに、記憶部４２に記憶されているオフセット補正値Ｄを読み込む（Ｓ１０２）。このオフセット補正値Ｄは、以前に行われた測定値補正処理に基づいて記憶部４２に記憶された値である。測定値補正処理が以前に行われていない場合には、所定の初期値として例えば０が記憶されている。

コントロールユニット３２は、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬからオフセット補正値Ｄを減算し、補正後入力電圧センサ測定値ＶＬＰを求める。すなわち、数式ＶＬＰ＝ＶＬ−Ｄに基づき、補正後入力電圧センサ測定値ＶＬＰを求める（Ｓ１０３）。コントロールユニット３２は、補正後入力電圧センサ測定値ＶＬＰを用いて、上述の走行制御および充放電制御を行う（Ｓ１０４）。

コントロールユニット３２は、運転操作部３４からイグニッションオフ情報が出力されたか否かを判定する（Ｓ１０５）。コントロールユニット３２は、運転操作部３４からイグニッションオフ情報が出力されないときはステップＳ１０４の処理に戻る。一方、運転操作部３４からイグニッションオフ情報が出力されたときは、電池１０に流れる電流を測定する電流センサ４４の測定値Ｊが所定の閾値ＴＨＪ未満であるか否かを判定する（Ｓ１０６）。この判定は、測定値Ｊが閾値ＴＨＪ未満である状態が所定時間以上続いたか否かによって行うことができる。コントロールユニット３２は、測定値Ｊが閾値ＴＨＪ未満である旨を判定したときは、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬを読み込み（Ｓ１０７）、さらに電池電圧センサ３６の測定値ＶＢを読み込む（Ｓ１０８）。

コントロールユニット３２は、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬから電池電圧センサ３６の測定値ＶＢを減算し、オフセット補正値Ｄを求める。すなわち、数式Ｄ＝ＶＬ−ＶＢに基づきオフセット補正値Ｄを求める（Ｓ１０９）。コントロールユニット３２は、求められたオフセット補正値Ｄを記憶部４２に記憶し（Ｓ１１０）、リレースイッチ１２をオフにして処理を終了する（Ｓ１１１）。

測定値補正処理によれば、電池電圧センサ３６に比べてオフセット誤差が大きい電圧センサを入力電圧センサ３８として用いたとしても、予め求められたオフセット補正値Ｄを用いて精度の高い測定値を得ることができる。これによって、適切な走行制御および充放電制御を行うことができる。

さらに、測定値補正処理によれば、次のような理由によりオフセット補正値Ｄを正確に求めることができる。図３は、時刻ｔ１にイグニッションオフの操作がされ、続いて時刻ｔ２にリレースイッチ１２がオフとされたときにおける、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬおよび電池電圧センサ３６の測定値ＶＢの時間波形を示す。測定値ＶＬおよびＶＢは、走行制御および充放電制御が行われている時刻ｔ１までの間は、これらの制御に応じて変動する。一方、イグニッションオフの操作がされた時刻ｔ１からリレースイッチ１２がオフとされた時刻ｔ２までの間はこれらの測定値は変動しない。

測定値補正処理においては、イグニッションオフの操作が行われた後、電池１０に流れる電流が所定値未満であり、かつ、リレースイッチ１２がオンであるときにオフセット補正値が求められる。したがって、入力電圧センサ３８の測定値ＶＬおよび電池電圧センサ３６の測定値ＶＢの変動がないため、オフセット補正値Ｄを正確に求めることができる。

また、オフセット補正値を求める際には、イグニッションオフの操作がされたか否かの判定に加え、電流センサ４４の測定値Ｊが所定の閾値ＴＨＪ未満であるか否かの判定を行う。これによって、イグニッションオフの操作が行われたにも拘わらず、システムの異常等により電池１０に何らかの負荷電流が流れている状態でオフセット補正値を求めることを回避することができる。このような異常が生ずる可能性が低い場合には、電流センサ４４の測定値Ｊについての判定処理を省略してもよい。また、イグニッションオフの操作に関する判定は行わないこととし、この判定処理を電流センサ４４の測定値Ｊについての判定処理に置き換えてもよい。

電池電圧センサ３６は、イグニッションオフの操作が行われてからリレースイッチ１２をオフとするまでの時間に電池電圧を測定する。この時間は、走行制御および充放電制御の時間間隔よりも長くすることができる。したがって、電池電圧センサ３６としては、入力電圧センサ３８の所要測定時間よりも所要測定時間が長く、入力電圧センサ３８の測定精度よりも測定精度の高い電圧センサを用いることができる。

なお、イグニッションオフの操作が行われた時刻ｔ１からリレースイッチ１２がオフにされる時刻ｔ２までの間に、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９と同一の処理を複数回行い、これによって求められた複数のオフセット補正値についての平均値を制御用のオフセット補正値Ｄとして求める処理を実行してもよい。この処理によれば、オフセット補正値Ｄに含まれる誤差を低減し、精度の高い走行制御および充放電制御を行うことができる。

次に、応用例に係る測定値補正処理について説明する。図４は、応用例に係るハイブリッド車両駆動システムの構成を示す。図１の構成部と同一の構成部については同一の符号を付してその説明を省略する。また、図５はコントロールユニット３２が実行する処理のフローチャートを示す。図２のフローチャートと同一の処理については同一の符号を付してその説明を省略する。本応用例においてコントロールユニット３２は、過去に実行された測定値補正処理によって求められたオフセット補正値を所定回数前まで遡って過去補正値記憶部４６に記憶する。

コントロールユニット３２は、走行制御および充放電制御を行うときは、ステップＳ１０１からステップＳ１０９までの処理を実行する。コントロールユニット３２は、ステップＳ１０９においてオフセット補正値を求めた後、所定回数前の測定値補正処理まで遡って過去補正値記憶部４６に記憶された総てのオフセット補正値を読み込む（Ｓ２０１）。

コントロールユニット３２は、現在実行している測定値補正処理のステップＳ１０９で求められたオフセット補正値、および過去補正値記憶部４６から読み込んだオフセット補正値を加算合計し、加算合計に寄与したオフセット補正値の個数で加算合計値を除した平均値を求める（Ｓ２０２）。コントロールユニット３２は、過去補正値記憶部４６に記憶されているオフセット補正値の個数が所定の個数に達しているか否かを判定する（Ｓ２０３）。そして、所定の個数に達している旨の判定をしたときは、最も先に記憶されたオフセット補正値を過去補正値記憶部４６から削除し（Ｓ２０４）、ステップＳ２０２で求められた平均値を新たなオフセット補正値Ｄとして記憶部４２および過去補正値記憶部４６に記憶する（Ｓ２０５）。一方、所定の個数に達していない旨の判定をしたときは、ステップＳ２０４を介さずにステップＳ２０２で求められた平均値を新たなオフセット補正値Ｄとして記憶部４２および過去補正値記憶部４６に記憶する（Ｓ２０５）。コントロールユニット３２は、新たなオフセット補正値Ｄを記憶した後、リレースイッチ１２をオフにして処理を終了する（Ｓ１１１）。

このような処理によれば、現在および過去を含め複数回に亘って求められたオフセット補正値の平均値を制御に用いることができる。これによって、精度の高い走行制御および充放電制御を実行することができる。

上記では、本発明をハイブリッド車両に用いた構成について説明した。本発明は、エンジンを用いない電気自動車に用いることができる。また、本発明は、電力調整回路１８の入力電圧を測定する３個以上の電圧センサを備える構成に応用することができる、この場合、測定精度の最も高い電圧センサの測定値を用いて、他の電圧センサの測定値を補正する処理を実行すればよい。

１０ 電池、１２ リレースイッチ、１４ 正極端子、１６ 負極端子、１８ 電力調整回路、２０ モータ、２２ ジェネレータ、２４ エンジン、２６ 動力分割機構、２８ 動力伝達機構、３０ 車輪、３２ コントロールユニット、３４ 運転操作部、３６ 電池電圧センサ、３８ 入力電圧センサ、４０ 速度センサ、４２ 記憶部、４４ 電流センサ、４６ 過去補正値記憶部。

Claims (6)

1. 車両の駆動電力を調整する電力調整部と、
   前記電力調整部との間で電力を授受する電池と、
   を備える車両に搭載される、車両駆動電力制御装置において、
   前記電池と前記電力調整部との間の電力経路における複数箇所の線間電圧を測定する電圧測定部と、
   前記電圧測定部による複数の測定値のうちいずれかの測定値を当該複数の測定値のうちの他の測定値に基づいて補正する測定値補正部と、
   補正された測定値に基づいて前記電力調整部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする車両駆動電力制御装置。
2. 請求項１に記載の車両駆動電力制御装置において、
   前記電圧測定部は、
   前記電池の出力電圧を測定する電池電圧センサと、
   前記電池の出力電圧に基づく前記電力調整部の入力電圧を測定する入力電圧センサと、
   を備え、
   前記測定値補正部は、
   前記電池電圧センサの測定値と前記入力電圧センサの測定値との差異を求め、求められた測定差異値に基づいて前記入力電圧センサの測定値を補正し、
   前記制御部は、
   補正された前記入力電圧センサの測定値に基づいて前記電力調整部を制御することを特徴とする車両駆動電力制御装置。
3. 請求項２に記載の車両駆動電力制御装置において、
   前記測定値補正部は、
   前記電力調整部が駆動電力の調整を行わない調整停止状態となったときに、測定差異値を求めることを特徴とする車両駆動電力制御装置。
4. 請求項３に記載の車両駆動電力制御装置において、
   前記測定値補正部は、
   前記電力調整部が調整停止状態となる毎にそれぞれが求められた複数の測定値差異に対する平均値を、測定電圧補正のための測定差異値として求めることを特徴とする車両駆動電力制御装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の車両駆動電力制御装置において、
   前記電池と前記電力調整部との間の電力経路を流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部によって検出された電流値が所定範囲内であるか否かを判定する電流判定部と、
   を備え、
   前記測定値補正部は、
   検出された電流値が所定範囲内である旨の判定を前記電流判定部がしたときに、測定差異値を求めることを特徴とする車両駆動電力制御装置。
6. 請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の車両駆動電力制御装置において、
   前記電池電圧センサの測定値に基づいて前記電池の充電深度を求める充電深度決定部を備え、
   前記制御部は、
   前記充電深度決定部によって求められた充電深度に基づいて、前記電力調整部を制御することを特徴とする車両駆動電力制御装置。

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