JP2014027864A - 電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】低電圧直流交換器電圧制御手法を用いて、バッテリセンサを適用せずに、電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を増大させる電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムを提供する。
【解決手段】高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間に装着され、両方向に電圧を低下または上昇させる低電圧直流交換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）および低電圧直流交換器を制御する車両制御機を有する電気自動車において、車両制御機は、緩速充電時間が第１緩速充電基準時間未満であれば、低電圧バッテリの最低充電時間確保のために低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入らないように低電圧直流交換器を制御し、緩速充電時間が第１緩速充電基準時間以上であれば、低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入り、低電圧直流交換器アクティブ制御モードに応じて低電圧直流交換器を制御することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、電気自動車の低電圧直流交換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）アクティブ制御システムに係り、より詳しくは、低電圧直流交換器電圧手法を用いて、バッテリセンサを適用せずに、電気自動車の１回の充電で走行可能な距離の増大および低電圧バッテリの寿命を増大させる電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムに関する。

通常、ハイブリッド電気自動車は、エンジンと、バッテリの電源で駆動される駆動モータとから構成される動力源が備えられ、前輪に動力源を適切に組み合わせた構造を適用し、車両の出発時や加速時にバッテリの電圧によって動作するモータの動力補助で燃費の向上を誘導する。
ハイブリッド電気自動車において、全般的な動作を総括制御する上位制御機は、ハイブリッド制御機（Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下、ＨＣＵと略す）または車両制御機（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下、ＶＣＵと略す）である。ＨＣＵまたはＶＣＵは、下位制御機のモータ制御機（Ｍｏｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下、ＭＣＵと略す）と所定の方式で通信し、駆動源のモータのトルクと速度および発電トルク量を制御し、補助動力源として電圧発電のための動力を発生するエンジンを制御するエンジン制御機（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下、ＥＣＵと略す）と通信し、エンジン始動関連リレー制御および故障診断を行う。

また、ＨＣＵは、主動力源であるバッテリの温度、電圧、電流、充電状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：以下、ＳＯＣと略す）などを検出し、バッテリの諸状態を管理するバッテリ管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：以下、ＢＭＳと略す）と通信し、ＳＯＣの状態に応じてモータトルクおよび速度を制御し、車速と運転者の走行要求に応じて変速比を決定制御するトランスミッション制御機（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：以下、ＴＣＵと略す）と通信し、運転者の要求する車速が維持されるように制御する。
上位制御機のＨＣＵと下位制御機との間の通信は、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を介して行われ、相互の情報の交換と制御信号を送受信する。

一方、電気自動車には、高電圧バッテリの電力を整流して直流とする低電圧直流変換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＬＤＣと略す）、つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータが含まれているが、このＬＤＣは、一般直流をスイッチングさせて交流とし、この交流を、コイル、トランス、キャパシタンスなどを用いて昇圧または降圧させた後、再整流させてＤＣとし、各電装負荷で用いられる電圧に合わせて電気を供給する役割を果たす。
一般的に、ＬＤＣは、内燃機関のオルタネータとは異なり、車両の回転速度（ＲＰＭ）にかかわらず最大出力の発生が可能で、走行、停車などのすべての条件で１２Ｖのバッテリ充電によって行われる。また、電気自動車は、高電圧バッテリの充電過程があるが、この時も、低電圧バッテリが充電されるため、低電圧バッテリは持続的に過充電が行われる（特許文献１〜３参照）。

従来、このようなＬＤＣ出力電圧は１４．３Ｖで固定出力される。したがって、持続的なＬＤＣの高電圧出力（すなわち、１４．３Ｖ）によって過剰な電力を消耗するため、電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を減少させるという問題があった。
また、電気自動車の充電時、持続的に低電圧バッテリが充電され、過充電およびガス発生現象（ｇａｓｓｉｎｇ）により、バッテリ寿命を減少させるという問題があった。

特開２００８−１９９７６１号公報 特開平１０−２４３５７０号公報 特開平０７−１０７６０１号公報 韓国公開特許番号第１０−２０１１−００５４９８２号 韓国公開特許番号第１０−２００８−００１４３９５号 韓国公開特許番号第１０−２０１１−００５４１５２号

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、低電圧直流交換器（ＬＤＣ）電圧制御手法を用いて、バッテリセンサを適用せずに、電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を増大させる電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムを提供することにある。
また他の目的とするところは、電気自動車の充電時、低電圧バッテリの過充電およびガス発生を防止する電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムは、高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間に装着され、両方向に電圧を低下または上昇させる低電圧直流交換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）および低電圧直流交換器を制御する車両制御機を有する電気自動車において、車両制御機は、緩速充電時間が第１緩速充電基準時間未満であれば、低電圧バッテリの最低充電時間確保のために低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入らないように低電圧直流交換器を制御し、緩速充電時間が第１緩速充電基準時間以上であれば、低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入り、低電圧直流交換器アクティブ制御モードに応じて低電圧直流交換器を制御することを特徴とする。

ここで、低電圧直流交換器アクティブ制御モードは、走行情報に基づき、電圧テーブルに応じた低電圧直流交換器出力電圧で低電圧バッテリを充電することを特徴とする。
また、走行情報は、減速、Ｐ段停車、定速、加速、高電装負荷のオン／オフ状態のうちのいずれか１つであり、電圧テーブルは、電圧Ａテーブル、電圧Ｂテーブル、および電圧Ｃテーブルのうちのいずれか１つであることを特徴とする。

車両制御機は、低電圧バッテリの初期の一定時間充電後、低電圧直流交換器出力電圧を低下させて出力することを特徴とする。
低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入らなければ、低電圧直流交換器は、高電装負荷の使用時と高電装負荷の未使用時に分けて互いに異なる低電圧直流交換器出力電圧を出力することを特徴とする。

ここで、車両制御機は、低電圧バッテリが高い電流で充電されると、高電装負荷と低電圧直流交換器出力電流を比較し、低電圧直流交換器出力電圧を制御して低電圧直流交換器出力電流を調整することを特徴とする。

本発明によれば、低電圧バッテリ充電時間の確保、充電時間の確保時、アクティブ制御および／または過電流充電制限ロジッグを通じて電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を増大させることができる。
また、本発明の他の効果としては、低電圧バッテリの過充電およびガス発生を防止することにより、バッテリの寿命を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る電気自動車の低電圧直流変換器（ＬＤＣ）アクティブ制御システムの回路ブロック図である。 低電圧直流交換器（ＬＤＣ）電圧に応じた電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る低電圧バッテリの最低充電時間確保ロジッグを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る低電圧直流交換器アクティブ制御を示す表である。 図４による低電圧直流交換器アクティブ制御を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る高電圧バッテリ充電時の過充電保護ロジッグを示すグラフである。

以下、添付した図面に基づき、本発明の一実施の形態に係る電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システムについて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の低電圧直流交換器（ＬＤＣ） アクティブ制御システムの回路ブロック図である。図１に示したとおり、この電気自動車は、高電圧バッテリ１１と、メインリレー１２と、上位制御機の車両制御機（ＶＣＵ）１３と、下位制御機のモータ制御機（ＭＣＵ）１４と、エンジン制御機（ＥＣＵ）１５と、モータ１６と、エンジン１７と、低電圧直流変換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＬＤＣと略す）１８と、低電圧バッテリ１９とからなる。

この電気自動車において、全般的な動作を総括制御する上位制御機は、車両制御機（ＶＣＵ）１３である。
この車両制御機（ＶＣＵ）１３は、下位制御機のモータ制御機（ＭＣＵ）１４と所定の方式で通信し、駆動源のモータ１６のトルクと速度および発電トルク量を制御し、補助動力源として電圧発電のための動力を発生するエンジン１７を制御するエンジン制御機（ＥＣＵ）１５と通信し、エンジン始動関連リレー制御および故障診断を行う。
また、この車両制御機（ＶＣＵ）１３は、主動力源である高電圧バッテリ１１の温度、電圧、電流、ＳＯＣ（充電状態）などを検出し、高電圧バッテリ１１の諸状態を管理するバッテリ管理システム（ＢＭＳ：図示せず）と通信し、ＳＯＣの状態に応じてモータトルクおよび速度を制御し、車速と運転者の走行要求に応じて変速比を決定制御するトランスミッション制御機（ＴＣＵ：図示せず）と通信し、運転者の要求する車速が維持されるように制御する。

さらに、この車両制御機（ＶＣＵ）１３は、低電圧バッテリ充電時間の確保、充電時間の確保時、ＬＤＣアクティブ制御および／または過電流充電制限のロジッグを行う。
また、この車両制御機（ＶＣＵ）１３は、減速、Ｐ段停車、定速、加速、高電装負荷のオン／オフ状態を含む走行情報を収集し、これら走行情報に基づいたＬＤＣアクティブ制御を行うようにＬＤＣを制御する。つまり、ブレーキ、アクセルペダル位置センサ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ：ＡＰＳ）開度角、ギヤの状態などを車両制御機で判断する。
この上位制御機である車両制御機（ＶＣＵ）１３と、下位制御機であるモータ制御機（ＭＣＵ）１４およびエンジン制御機（ＥＣＵ）１５との間の通信は、ＣＡＮ通信を介して行われ、相互の情報の交換と制御信号を送受信する。

一方、電気自動車には、高電圧の高電圧バッテリ１１の電力を整流して直流とするＬＤＣ１８が備えられる。このＬＤＣ１８は、一般直流をスイッチングさせて交流とし、この交流を、コイル、トランス、キャパシタンスなどを用いて降圧または昇圧させた後、再整流させて直流とし、各電装負荷で用いられる電圧に合わせて電気を供給する役割を果たす。
これら電装負荷には、高電装負荷としては、ヘッドランプ、ワイパーおよびブロワーなどを挙げることができる。

図２は、低電圧直流交換器（ＬＤＣ）電圧に応じた電気自動車の１回の充電で走行可能な距離を示すグラフである。図２に示したとおり、電気自動車がＬＤＣ電圧に応じて１回の充電で走行できる走行距離が分類される。詳述すると、ＬＤＣ電圧が増加するほど走行距離が短くなる。

図３は、本発明の一実施形態に係る低電圧バッテリの最低充電時間確保ロジッグを示すグラフである。図３に示したとおり、バッテリＳＯＣが安定的に確保されなければ、電気自動車はＬＤＣアクティブ制御モードに入らない。詳述すると、電気自動車の緩速充電時間は約６時間程度となるが、このうち、緩速充電時間が３時間未満であれば、電気自動車は、低電圧バッテリの最低充電時間を確保するためのロジッグを有する。ここで緩速充電とは、家電と同じ１００Ｖ電源からの充電、または、電気自動車の充電インフラの中で低電圧電源による充電を意味する。
この場合、ＬＤＣは、高電装負荷の使用時と高電装負荷の未使用時に分けて互いに異なるＬＤＣ出力電圧を出力する。高電装負荷の使用としては、ヘッドランプオン（ＨＥＡＤ ＬＡＭＰ ＯＮ）、ワイパーオン（ＷＩＰＥＲ ＯＮ）またはブロワー最大（ＢＬＯＷＥＲ ＭＡＸ）などを挙げることができる。

図４は、本発明の一実施形態に係る低電圧直流交換器アクティブ制御を示す表である。図４に示したとおり、電気自動車が緩速充電時間を３時間以上確保した場合、電気自動車はＬＤＣアクティブ制御モードに入る。
なお、上記の電気自動車の充電初期の一定時間（上記実施例では３時間）を第１緩速充電基準時間と称する。
図４に示したとおり、走行情報に基づき、電圧テーブルに応じたＬＤＣ出力電圧で低電圧バッテリ１９を充電することを特徴とする。
ここで、走行情報は、減速、Ｐ段停車、定速、加速、高電装負荷のオン／オフ状態などである。

ここで、電圧テーブルは、１４．３Ｖの電圧Ａテーブル、１３．６Ｖの電圧Ｂテーブル、および１３．２Ｖの電圧Ｃテーブルなどとなる。これら電圧テーブルはルックアップテーブルであって、予め車両制御機１３にプログラミングされて格納されている。
また、ＬＤＣアクティブ制御モードには、充電時間が不足する場合、強制充電を行うことになるが、この場合、ＬＤＣ出力電圧は１３．６Ｖとなり、電圧テーブルは電圧Ｂテーブルとなる。
図５は、図４による低電圧直流交換器アクティブ制御を示すグラフである。

図６は、本発明の一実施形態に係る高電圧バッテリ充電時の低電圧バッテリの過充電保護ロジッグを示すグラフである。図６に示したとおり、ＬＤＣは、低電圧バッテリ１９の初期の一定時間充電（約３時間）後、ＬＤＣ出力電圧を低下させて出力する。
また、図６は、高電圧バッテリ１１充電時の低電圧バッテリ１９の過充電を保護するためのロジッグのためのものである。詳述すると、高電圧バッテリ１１が充電されると、同時に低電圧バッテリ１９にも充電が行われる。この時、電気自動車の充電時、３時間後にＬＤＣ出力電圧を低下させることで、低電圧バッテリの過充電およびガス発生現象（ｇａｓｓｉｎｇ）を防止する。

ここで、車両制御機は、低電圧バッテリを一定時間充電後、過充電防止およびガス発生現象防止のためにＬＤＣ出力電圧を低下させて出力することを特徴とする。
詳述すると、初期の３時間は、ＬＤＣ出力電圧が１４．３Ｖとなり、この１４．３Ｖで低電圧バッテリ１９が充電される。初期の３時間経過後に、ＬＤＣ出力電圧は１３．６Ｖとなり、この１３．６Ｖで低電圧バッテリ１９が充電される。
また、本発明の一実施形態によって過電流充電を制限する。つまり、車両制御機（ＶＣＵ）１３は、低電圧バッテリが高い電流で充電されると、高電装負荷とＬＤＣ出力電流を比較し、ＬＤＣ出力電圧を制御してＬＤＣ出力電流を調整する。
したがって、バッテリの過電流充電を防止し、１回の充電で走行可能な距離を増大させる効果がある。

もちろん、本発明の一実施形態では、明確な理解のために車両制御機（ＶＣＵ）で説明したが、ハイブリッド車両のハイブリッド制御機（ＨＣＵ）にも適用可能である。
本発明の電気自動車のＬＤＣアクティブ制御システムは、低電圧バッテリ充電時間の確保、充電時間の確保時、ＬＤＣアクティブ制御および過電流充電制限のロジッグを通じて電気自動車の走行距離の増大およびバッテリの寿命を向上させることができる。

１１：高電圧バッテリ
１２：メインリレー
１３：車両制御機（ＶＣＵ）
１４：モータ制御機（ＭＣＵ）
１５：エンジン制御機（ＥＣＵ）
１６：モータ
１７：エンジン
１８：低電圧直流変換器（ＬＤＣ）
１９：低電圧バッテリ

Claims (6)

1. 高電圧バッテリと低電圧バッテリとの間に装着され、両方向に電圧を低下または上昇させる低電圧直流交換器（Ｌｏｗ ＤＣ／ＤＣ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）および前記低電圧直流交換器を制御する車両制御機を有する電気自動車において、
   前記車両制御機は、緩速充電時間が第１緩速充電基準時間未満であれば、前記低電圧バッテリの最低充電時間確保のために低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入らないように前記低電圧直流交換器を制御し、
   前記緩速充電時間が前記第１緩速充電基準時間以上であれば、前記低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入り、前記低電圧直流交換器アクティブ制御モードに応じて前記低電圧直流交換器を制御することを特徴とする電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。
2. 前記低電圧直流交換器アクティブ制御モードは、
   走行情報に基づき、電圧テーブルに応じた低電圧直流交換器出力電圧で前記低電圧バッテリを充電することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。
3. 前記走行情報は、減速、Ｐ段停車、定速、加速、高電装負荷のオン／オフ状態のうちのいずれか１つであり、前記電圧テーブルは、電圧Ａテーブル、電圧Ｂテーブル、および電圧Ｃテーブルのうちのいずれか１つであることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。
4. 前記車両制御機は、前記低電圧バッテリの初期の一定時間充電後、低電圧直流交換器出力電圧を低下させて出力することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。
5. 前記低電圧直流交換器アクティブ制御モードに入らなければ、前記低電圧直流交換器は、高電装負荷の使用時と高電装負荷の未使用時に分けて互いに異なる低電圧直流交換器出力電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。
6. 前記車両制御機は、前記低電圧バッテリが高い電流で充電されると、高電装負荷と低電圧直流交換器出力電流を比較し、低電圧直流交換器出力電圧を制御して前記低電圧直流交換器出力電流を調整することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の低電圧直流交換器アクティブ制御システム。

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