JP2011200056A - 電動車両の電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動車両を駆動する電動機に蓄電器から電力を供給する電源装置であって、蓄電器の端子電圧を昇圧して電動機の供給する電源装置において、車両の走行状態に応じて昇圧を行う。
【解決手段】路面勾配についてしきい値を設定し、勾配がこのしきい値以上であれば昇圧を実行し、しきい値未満であれば昇圧を抑制または禁止する。また、電動機温度についても同様にしきい値を設定し、温度がしきい値以上で昇圧を実行、未満で抑制または禁止する。これらのしきい値は、シフト位置(通常走行D、後退走行R、エンジンブレーキ走行B、スポーツ走行S)ごと、および走行モード(パワー、エコ、車両姿勢制御解除、EV)ごとに設定される。
【選択図】図2
【解決手段】路面勾配についてしきい値を設定し、勾配がこのしきい値以上であれば昇圧を実行し、しきい値未満であれば昇圧を抑制または禁止する。また、電動機温度についても同様にしきい値を設定し、温度がしきい値以上で昇圧を実行、未満で抑制または禁止する。これらのしきい値は、シフト位置(通常走行D、後退走行R、エンジンブレーキ走行B、スポーツ走行S)ごと、および走行モード(パワー、エコ、車両姿勢制御解除、EV)ごとに設定される。
【選択図】図2
Description
本発明は、電動車両の電源装置に関し、特に、蓄電器の端子電圧を昇圧する昇圧回路の制御に関する。
二次電池、キャパシタ等の電気を蓄える蓄電器を搭載し、蓄電器から電力が供給される電動機により駆動される電動車両が知られている。電動車両として、原動機として電動機のみを備える車両、および電動機と内燃機関を備える所謂ハイブリッド車が知られている。また、蓄電器から電動機に電力を供給する際、電動機の小型化、高効率化等のために、蓄電器の端子電圧を昇圧する技術が知られている。この昇圧機能を有する、電動車両の電源装置が下記特許文献1に記載されている。
上記特許文献1においては、アクセルの操作量から運転者の加速意思を判断し、昇圧を行うか否かを決定している。しかし、昇圧を行うか否かの判断を、アクセルの操作量以外の条件に基づいて行う点については開示されていない。
本発明は、アクセルの操作量以外の条件を考慮して昇圧に関する制御を行う電源装置を提供することを目的とする。
本発明の電源装置は、車両を駆動する電動機に電力を供給する電源装置であって、蓄電器と、蓄電器からの電力を、蓄電器の端子電圧より高い電圧に昇圧する昇圧回路と、昇圧された電力により電動機を駆動する駆動回路と、昇圧回路の昇圧動作を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、路面勾配または電動機温度のうち少なくとも一方を取得して、取得した路面勾配または電動機温度に基づき前記昇圧動作の実行、禁止を判断し、この判断に基づき昇圧回路の制御を行う。
本発明によれば、昇圧に関する制御において、アクセル操作量以外の車両の走行状態を表す変数を採用することにより、よりきめ細かい制御が可能となる。
以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図1は、電動機10に電力を供給する電源装置12の概略の回路構成を示す図である。電動装置12は、大別して、蓄電器である二次電池14、昇圧回路16および電動機の駆動回路としてのインバータ18を含む。蓄電器は二次電池以外のもの、例えばキャパシタとしてもよい。二次電池14に並列に平滑コンデンサ20が配置されている。また、昇圧回路16の動作を制御する制御装置22が備えられている。インバータ18は、昇圧回路16から供給される直流電力をトランジスタ24-1〜24-6を制御することにより三相交流電力に変換し、これにより電動機10を駆動制御する。また、車両慣性により電動機10のロータが回転されるとき、トランジスタ24-1〜24-6の所定の制御により、電動機10を発電機として機能させることができる。インバータ18の制御は、当業者にとってよく知られた技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
昇圧回路の正母線26、負母線28は、各々インバータ18に電力を供給する主正母線30、主負母線32に接続されている。正母線26と負母線28の間には、第1スイッチング素子34および第2スイッチング素子36が直列に接続されている。具体的には、第1スイッチング素子34のコレクタが正母線26に接続され、第2スイッチング素子26のエミッタが負母線28に接続されている。本実施形態において、これらの二つのスイッチング素子34,36は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)を採用している。
二つのスイッチング素子の接続点には、リアクトル38が接続され、さらにリアクトル38を介して二次電池14の正極に接続された正極線40が接続されている。二次電池14の負極線42には、前出の負母線28が接続される。二つのスイッチング素子34,36に対し、それぞれ第1,第2ダイオード44,46が逆並列に接続されている。また、正、負母線26,28間には、互いに並列にコンデンサ48と抵抗50が接続されている。
二つのスイッチング素子34,36のオンオフは、制御装置22からの駆動信号PWCにより制御される。制御装置22の駆動信号PWCは、第1スイッチング素子34に対する駆動信号PWC1と、第2スイッチング素子36に対する駆動信号PWC2を含む。昇圧回路16は、基本的には、二次電池14の放電時には、正極線40、負極線42からの直流電力を昇圧して主正母線30、主負母線32に供給する。また、二次電池14の充電時には主正母線30、主負母線32から受ける直流電力を降圧して二次電池14に供給する。
昇圧回路16の昇圧動作は、次のように行われる。基本的動作は、第1スイッチング素子34をオフ状態として、第2スイッチング素子36をオンオフ制御して実行される。オンオフのデューティ比を制御することで、昇圧された電圧の値を制御することができる。昇圧動作について、より詳細に記す。第2スイッチング素子36のオン期間においては、二次電池の放電電流は、正極線40−リアクトル38−第1ダイオード44−正母線26に流れる。同時に、リアクトル38から、第2スイッチング素子36−負母線28−負極線42と流れる。この状態で第2スイッチング素子36をオフ制御すると、リアクトル38は、流れていた電流を維持しようとする。この結果、それまで第2スイッチング素子36を流れていた電流が、第1ダイオード44を介して正母線26に流れる。この結果、正母線26に供給される直流電力の平均電圧が二次電池の端子電圧より高くなる。つまり、昇圧される。
なお、上述の第2スイッチング素子36のみの動作であると、正母線26の電圧を制御することが難しいので、第2スイッチング素子36のオフ期間に、第1スイッチング素子34をオン制御して正母線26からリアクトル38−正極線40へと電流を戻す制御を行う場合がある。二つのスイッチング素子のデューティ比を制御することで、昇圧された電圧の値を制御することができる。
電源装置12においては、電動機10が大きな出力を発生する必要がない場合、昇圧された電圧値を低く制御し、または昇圧しないように制御し、必要以上の昇圧を行わずに電力の消費を抑えるようにしている。この昇圧電圧値の抑制は、例えば、全く昇圧を行わない、すなわち第2スイッチング素子36をオフに維持することにより実行することができる。この場合は、二次電池14の端子電圧で電動機10が駆動される。また、前述のように第2スイッチング素子36に加え第1スイッチング素子34もオンオフ制御して昇圧電圧値を下げることによっても昇圧電圧値の抑制を行うことができる。具体的には、第2のスイッチング素子34のオン期間を短縮することで、通常の昇圧電圧値より低い電圧値とすることができる。
昇圧電圧値を抑制している場合、電動機10の出力が抑制されることになる。大きな出力が必要になっても、昇圧が間に合わず、もたつき感が生じる場合がある。電源装置12においては、様々な走行状態に応じて、昇圧電圧値の抑制制御を実行するか否かを決定するしきい値を予め定め、運転者にもたつき感などの違和感を感じさせないようにしている。
図2には、走行状態としきい値の関係を示す図である。しきい値は、アクセルペダルの操作量(以下、アクセル操作量と記す。)、路面勾配、電動機温度について定められており、さらにこれらの変数に対し、シフト位置、走行モードごとにしきい値が設定されている。アクセル操作量は、アクセルペダルのストロークを検出するアクセル操作量センサ52により検出される。アクセル操作量は、例えば、アクセルペダルのフルストロークに対する現在のストローク量の割合として定義でき、しきい値は、この割合(例えば5/8など)で表される。また、路面勾配は、車載された路面勾配センサ54により検出される。路面勾配に関するしきい値は、路面勾配の角度(例えば10°)で表される。さらに、電動機温度は、電動機に取り付けられた電動機温度センサ56により検出される。電動機温度に関するしきい値はその温度(℃)で表される。
シフト位置は、セレクタレバー58からの、選択された位置を示す信号を取得して認識する。また、走行モードは、走行モードを選択する操作子(ボタン、レバー等)60からの信号を取得して認識する。走行モードは、例えば、より大きな出力を得られるように制御するパワーモード(パワー)、燃料・電力の消費を抑えるように制御するエコモード(エコ)、また、ハイブリッド車両において、内燃機関は停止して、二次電池の電力のみで走行するEVモード(EV)、また車両姿勢制御を解除した際のモード(VSC−0FF)などがある。各シフト位置、各走行モードについて、前記のアクセル操作量、路面勾配および電動機温度ごとにしきい値が設定される。
アクセルペダルは、運転者が加速を意図しているときに踏み込み操作されるものであるから、アクセル操作量がある程度大きくなれば(アクセルペダルが踏み込まれれば)、電動機10が発生すべき出力も大きくなる。よって、アクセル操作量が、ある値以上の場合、昇圧電圧値の抑制を解除することが望ましい。しかし、走行状況によって、操作量がどの程度のときに昇圧の抑制を解除するかの適正値は異なってくる。例えば、セレクタレバー58により選択されたシフト位置が通常走行位置(D)と、スポーツ走行位置(S)では、運転者は、スポーツ走行時の方がより大きな出力、より速い応答性を要求すると考えられるので、アクセル操作量がより小さい段階で昇圧の抑制を解除する。したがって、アクセル操作量の通常走行時のしきい値(a-1) よりもスポーツ走行時のしきい値(d-1) が小さい値となっている。また、エンジンブレーキ位置(B)においても、運転者は積極的な加減速を望んでいると考えられるので、アクセル操作量が比較的小さいときに昇圧の抑制を解除する。また、後退走行位置(R)では、大きな駆動力が必要となる可能性は小さいので、しきい値(a-1)は前述のしきい値(b-1)と同じか、または大きい値に設定することができる。
セレクタレバー58による選択以外にも、他の操作子(ボタン、レバー等)60による走行モードの選定が実行される。これらのモードにおいても、アクセル操作量の適切なしきい値(e-1,f-1,g-1,h-1)が設定され、このしきい値を超えると昇圧の抑制が解除される。パワーモード、車両姿勢制御解除モードにおいては、アクセル操作量が小さい段階で昇圧の制限を解除する。
路面勾配に関するしきい値は、路面の登り勾配がある角度以上の傾斜となったときに、昇圧の抑制を解除するために設けられる。登りが急であれば、より大きな駆動力を必要とする状況が多くなる可能性があり、このときのもたつき感を低減するために、昇圧の制限を解除するためのしきい値の設定を行う 。このしきい値も、前述の各シフト位置、各走行モードごとに設定することができる(a-2,b-2,c-2,・・・,h-2)。
電動機温度に関するしきい値は、電動機の温度がある温度以上となったときに、昇圧の抑制を解除するために設けられる。電動機温度が上昇すると、電動機の永久磁石の磁束が減少し、電動機の出力が低下することが知られている。これを補うために、電動機のコイルにより多くの電力を供給する機会が増えると考えられ、これに対応するために昇圧の抑制が解除される。このしきい値も、前述の各シフト位置、各走行モードごとに設定することができる(a-3,b-3,c-3,・・・,h-3)。
電源装置12においては、電動機に対し高出力が要求されない状況においては、昇圧回路16による昇圧を行わないように、または昇圧の程度を低くして電動機に電力供給を行う。アクセル操作量にしきい値を設定し、アクセル操作量が、このしきい値以上のときに電動機への供給電圧が所定の電圧となるよう昇圧を実行する。逆に、このしきい値以下の場合には、昇圧を行わないか、または上記の所定の電圧未満の電圧に昇圧を制限する。また、走行中の路面の勾配に関するしきい値を設定し、路面勾配がしきい値より大きく(登りがきつく)なったら、昇圧が制限されないようにし、所定の電圧となるように昇圧を実行する。また、電動機の温度に関するしきい値を設定し、電動機の温度がしきい値より高くなった場合、昇圧が制限されないようにし、所定の電圧となるように昇圧を実行する。
これらの、アクセル操作量、路面勾配および電動機温度に関するしきい値は、それぞれシフト位置(D,R,B,S)および走行モード(パワー、エコ、車両姿勢制御解除、EV)ごとに設定することができる。
12 電源装置、14 二次電池、16 昇圧回路、22 制御装置、26 正母線、28 負母線、34 第1スイッチング素子、36 第2スイッチング素子、38 リアクトル、40 正極線、42 負極線、52 アクセル操作量センサ、54 路面勾配センサ、56 電動機温度センサ、58 セレクタレバー、60 走行モード操作子。
Claims (1)
- 車両を駆動する電動機に電力を供給する電源装置であって、
蓄電器と、
蓄電器からの電力を、蓄電器の端子電圧より高い電圧に昇圧する昇圧回路と、
昇圧された電力により電動機を駆動する駆動回路と、
昇圧回路の昇圧動作を制御する制御装置と、
を有し、
前記制御装置は、路面勾配または電動機温度のうち少なくとも一方を取得して、取得した路面勾配または電動機温度に基づき前記昇圧動作の実行、禁止を判断し、この判断に基づき昇圧回路の制御を行う、
電動車両の電源装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2010
- 2010-03-23 JP JP2010065700A patent/JP2011200056A/ja active Pending
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