JP2016111772A - モータ制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
より詳細には、バッテリの充電率が大きい場合には、回生発電により発生した回生電流をバッテリに供給すると過充電状態になる可能性があるため回生抑制が行われる。
また、バッテリ温度が低下した場合には、バッテリ抵抗が増大し、バッテリに供給される回生電流量が大きくなるとバッテリ電圧が上昇しやすくなる。このようなバッテリ電圧の上昇はバッテリの劣化を促進するため回生抑制が行われる。
請求項2の発明にかかるモータ制御装置は、前記回生制御手段は、前記バッテリ温度が前記充電率に基づいて決定される閾値温度以下か否かを判定し、前記バッテリ温度が前記閾値温度以下の場合は前記回生抑制を行う、ことを特徴とする。
請求項3の発明にかかるモータ制御装置は、前記閾値温度は、前記充電率が高いほど高温に設定される、ことを特徴とする。
請求項4の発明にかかるモータ制御装置は、前記回生制御手段は、前記バッテリ温度と前記充電率とに基づいて前記閾値温度を決定するための閾値温度マップを有し、前記閾値温度マップに基づいて前記回生抑制を行うか否かを判断する、ことを特徴とする。
請求項5の発明にかかるモータ制御装置は、前記報知手段は、前記バッテリ温度が所定の報知温度以下となった場合に前記回生抑制が行われる可能性がある旨を報知し、前記報知温度は、前記閾値温度以上に設定される、ことを特徴とする。
請求項6の発明にかかるモータ制御装置は、前記報知温度は、前記閾値温度以上に設定される第1の報知温度と、前記閾値温度未満に設定される第2の報知温度と、を有し、前記報知手段は、前記バッテリ温度が前記第1の報知温度以下となった場合と、前記第2の報知温度以下となった場合とで報知内容を変更する、ことを特徴とする。
請求項7の発明にかかるモータ制御装置は、前記バッテリの劣化度を検知する劣化度検知手段を備え、前記回生制御手段は、前記推定回生電流量と、前記バッテリ温度と、前記充電率ととともに、前記劣化度に基づいて前記回生電流量を制御する、ことを特徴とする。
請求項2の発明によれば、バッテリ温度が閾値温度以下の場合に回生抑制を行う。一般に、バッテリは低温時に抵抗値が高まり、高電流を流すと劣化につながる可能性がある。このため、低温時に回生抑制を行うことによって、バッテリの劣化を防止することができる。
請求項3の発明によれば、バッテリの充電率が高いほど閾値温度を高くしているので、バッテリの充電率が高く過充電が懸念される状況で回生抑制に移行しやすくすることができる。
請求項4の発明によれば、閾値温度マップを用いて閾値温度を特定し、回生抑制を行うか否かを判断するので、数式等を用いて閾値温度を算出する場合と比較してモータ制御装置の処理負荷を軽減することができる。
請求項5の発明によれば、閾値温度以上に設定された報知温度以下にバッテリ温度がなった場合に回生抑制が行われる可能性を報知するので、実際に回生抑制が行われ得る状態になる前に運転者に報知を行うことができ、報知の実効性をより向上させることができる。
請求項6の発明によれば、報知温度を複数設定し、それぞれの報知温度以下となった場合に報知の内容を変更するので、回生抑制の度合いに連動した報知を行うことができ、報知の有効性を向上させることができる。
請求項7の発明によれば、バッテリ温度および充電率に加えて、バッテリの劣化度に基づいて回生を制御するので、より精度高くバッテリの状態を反映した制御を行うことができる。
図1は、実施の形態にかかるモータ制御装置10の構成を示す説明図である。
本実施の形態では、モータ制御装置10は電気自動車やハイブリット自動車等、モータ30を搭載し、動力の少なくとも一部として電力を用いる電動車に搭載されているものとする。
実施の形態にかかるモータ制御装置10は、バッテリ20から供給される駆動電力により電動車の駆動輪を駆動するとともに所定の回生走行条件が成立した際には回生発電により回生電流を発生し駆動輪に回生制動力を与えるモータ30を制御する。
バッテリ20に蓄電された電力は、電力線Lを介してモータ30に供給される。なお、バッテリ20は、モータ30の他、他の負荷装置(たとえば電動車の空調装置など)に対しても電力供給を行っていてもよい。
また、図示は省略しているが、バッテリ20とモータ30との間には直流電流と交流電流とを変換するインバータが設けられている。
温度センサ112は、バッテリ20のバッテリ温度Tを測定する。温度センサ112は、たとえばバッテリ20を構成する各電池セルの温度であるセル温度や、所定の単位個数の電池セルで構成されるセルユニットの温度などを測定する。また、温度センサ112は、バッテリ20内の1つまたは複数の代表点における温度を測定してもよい。
電圧センサ114は、バッテリ20のバッテリ電圧Vを測定する。電圧センサ114は、たとえばバッテリ20を構成する各電池セルの電圧であるセル電圧を測定する。
電流センサ116は、バッテリ20からモータ30に供給される電流およびモータ30からバッテリ20に供給される回生電流を測定する。
モータ制御装置10は、たとえばモータ30の制御を行うMCU(Motor Contrоl Unit)や電動車全体の制御を行うECUなどである。また、 モータ制御装置10は、MCU単体またはECU単体ではなく、これらが連携して後述する処理を実現するものであってもよい。
回生電流量推定手段120は、電動車の走行状態に基づいて回生発電により発生する回生電流量を推定する。なお、回生電流量推定手段120で推定した回生電流量を推定回生電流量IEとする。
電動車の走行状態とは、電動車の走行速度、重量、走行する道路の傾斜等である。
また、電動車に回生制動力の大きさを運転者が任意に設定できる機構が設けられている場合には、当該機構における設定によっても回生発電量は変化する。
回生電流量推定手段120は、これらの情報に基づいて、各推定時において所定の回生走行条件が成立した際にモータ30で発生する回生電流量を推定する。
なお、所定の回生走行条件とは、例えば所定速度以上で走行している際にアクセルペダル24の踏み込みが解除された場合やブレーキペダル22が踏まれた場合など、主に減速動作や加速解除動作が行われた場合を指す。
バッテリ温度検知手段122は、たとえば温度センサ112によって検出されたセル温度(またはユニット温度)を取得し、各セル温度(またはユニット温度)の平均値をバッテリ温度Tとして検知する。なお、セル温度からのバッテリ温度Tの算出は、温度センサ112で行ってもよい。この場合、バッテリ温度検知手段122は、温度センサ112で算出されたバッテリ温度Tの値を取得する。
充電率検知手段124は、たとえばバッテリ20の充電率とバッテリ電圧との関係を示すSOCマップを記憶し、電圧センサ114で測定されたバッテリ電圧に対応する充電率の値をSOCマップから読み出して充電率Sとする。なお、電圧センサ114でセル電圧を測定している場合、充電率検知手段124は、各セル電圧の平均値をバッテリ電圧とする。セル電圧からのバッテリ電圧Vの算出は、電圧センサ114で行ってもよい。この場合、充電率検知手段124は、電圧センサ114で算出されたバッテリ電圧Vの値を取得して、バッテリ20の充電率Sを算出する。
劣化度検知手段126は、たとえば電圧センサ114で測定されたバッテリ電圧Vと電流センサ116で測定された電流とに基づいてバッテリ20の内部抵抗および開放電圧を求め、これらの値を元にバッテリ20の現在の最大出力を算出する。そして、算出した現在の最大出力とバッテリ20の初期状態(劣化度0時)の最大出力とを比較して劣化度Xを算出する。
バッテリ20の劣化は、使用開始からの年月に比例する経年劣化と、使用頻度に比例する使用劣化が知られており、劣化度検知手段126は、これらの劣化を総合してバッテリ20の劣化度Xを検知する。
具体的には、回生制御手段128は、バッテリ温度Tが充電率Sに基づいて決定される閾値温度TL未満か否かを判定し、バッテリ温度Tが閾値温度TL未満の場合は回生抑制を行う。
なお、回生抑制とは、モータ30の回生電流量を推定回生電流量IEよりも少なくするものである。
また、回生制御手段128は、バッテリ温度Tが閾値温度TL以上の場合は回生抑制を行わない。この場合、回生電流量≒推定回生電流量IEとなる。このように回生抑制を行わない状態を、以下「通常回生」という。
なお、回生電流量が推定回生電流量IEに完全に一致しないのは、各種条件により実際の回生電流量が推定回生電流量IEとならない可能性があるためである。
また、バッテリ温度Tが低い時にもバッテリ20の劣化を防ぐために回生抑制を行うことが知られている。これは、バッテリ温度Tが低い時にはバッテリ20内の抵抗値が上昇し、回生電流量が大きくなるとバッテリ電圧が上昇しやすくなるためである。
このため、回生制御手段128は、充電率Sに基づいて決定される閾値温度TLとバッテリ温度Tとを比較し、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下の場合には回生抑制を行い、バッテリ20の劣化を防いでいる。
回生制御手段128は、バッテリ温度Tと充電率Sとに基づいて閾値温度TLを決定するための閾値温度マップMPを有し、閾値温度マップMPに基づいて回生抑制を行うか否かを判断する。
図2において、縦軸はバッテリ温度T、横軸は充電率S(SOC)である。
図2に示すように、閾値温度TLは、充電率Sが高いほど高い温度に設定される。
すなわち、充電率Sが高く、回生発電によって過充電状態となる可能性が高い場合には、回生抑制が開始される閾値温度TLが高温(極低温状態と比較して常温に近い温度)となり、回生抑制がより行われやすくなる。
また、図2のグラフの右端は、充電率Sが100%に近い高SOC抑制エリアとなっており、この領域ではバッテリ温度Tに関わらず回生抑制が行われる。
また、図2のグラフの下端は、バッテリ温度Tが非常に低い低温抑制エリアとなっており、この領域でも充電率Sに関わらず回生抑制が行われる。
図2の例では、閾値温度TLのラインが、高SOC抑制エリアの下限充電率よりも低い充電率に、また、低温抑制エリアの上限温度よりも高い温度に設定されているが、これに限らず、高SOC抑制エリアの下限充電率や低温抑制エリアの上限温度に閾値温度TLのラインを一致させてもよい。
また、バッテリ温度Tが閾値温度TLを超える場合は、閾値温度マップMPの通常回生エリアに対応し、モータ30での回生電流量≒推定回生電流量IEとなる通常回生を行う。
すなわち、回生制御手段128は、図2に示す閾値温度マップMP上にバッテリ20の充電率Sおよびバッテリ温度Tが交差する点をプロットし、当該プロット点が通常回生エリアにあるか回生抑制エリアにあるかによって、回生抑制を行うか否かを判定する。
なお、図2を充電率Sの閾値充電率のグラフとして読み替え、バッテリ温度Tに基づいて閾値充電率を特定し、バッテリ20の充電率Sが閾値充電率SL以上か否かを判定してもよいことは無論である。この場合、バッテリ20の充電率Sが閾値充電率SL以上の場合に回生抑制を行い、閾値充電率SL未満の場合に通常回生を行う。
図3において、縦軸はバッテリ20に供給可能な上限電流Iであり、横軸はバッテリ温度または充電率Sを示す。
グラフ左側に示すように、バッテリ温度Tが閾値温度TLを超えている(または充電率Sが閾値充電率SL未満である)場合には、上限電流Iは一定値(通常時上限電流In)となっている。この上限電流Iは、通常の走行状態においてモータ30で発生し得る回生電流の上限値以上に設定される。
一方、グラフ右側に示すように、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下となる(または充電率Sが閾値充電率SL以上となる)場合には、上限電流Iが通常時上限電流Inよりも小さくなる。より詳細には、バッテリ温度Tが下がるほど、または充電率Sが大きくなるほど上限電流Iが小さくなる。
モータ30で発生する回生電流が上限電流I以下である場合(推定回生電流量IE≦上限電流I)には、回生電流をそのままバッテリ20に供給することが可能であるが、モータ30で発生する回生電流が上限電流Iよりも大きい場合(推定回生電流量IE>上限電流I)には、回生電流をそのままバッテリ20に供給することはできない。この場合、回生電流を上限電流I以下に抑制する回生抑制が行われる。
上述のように、上限電流Iは、バッテリ温度Tが下がるほど、または充電率Sが大きくなるほど小さくなる。よって、バッテリ温度Tが下がるほど、または充電率Sが大きくなるほど、回生抑制の度合いが大きくなる。
この場合、回生制御手段128は、図6に示すような閾値劣化度マップを用いて回生抑制を行うか否かを判断する。
図6は、回生制御手段128が保持する閾値劣化度マップの一例である。
図6において、縦軸はバッテリ20の劣化度X、横軸は充電率S(SOC)である。縦軸の劣化度Xは百分率で示しており、縦軸上方ほど小さく(0%に近く)、縦軸下方ほど大きく(100%に近く)なっている。すなわち、劣化度0%はバッテリ20が新品状態であることを示し、劣化度100%はバッテリ20が最も劣化した状態を示している。
回生制御手段128は、充電率Sに基づいて閾値劣化度マップ上の閾値劣化度XLを特定し、バッテリ20の劣化度Xが閾値劣化度XL以上か否かを判定する。
図6に示すように、閾値劣化度XLは、充電率Sが大きいほど小さい値となっている。すなわち、充電率Sが大きい場合ほど劣化度Xが低いうちから回生抑制が開始される。
すなわち、回生制御手段128は、図6に示す閾値劣化度マップ上にバッテリ20の充電率Sおよび劣化度Xが交差する点をプロットし、当該プロットが通常回生エリアにあるか回生抑制エリアにあるかによって、回生抑制を行うか否かを判定する。
なお、図6を充電率Sの閾値充電率SLのグラフとして読み替え、バッテリの劣化度Xに基づいて閾値充電率SLを特定し、バッテリ20の充電率Sが閾値充電率SL以上か否かを判定してもよいことは無論である。
報知手段130は、具体的には、たとえばディスプレイ26やスピーカ28、インスツルメントパネル内の警告灯(図示なし)等のインターフェースを制御する出力制御部である。報知手段130は、回生抑制が行われる可能性がある場合には、ディスプレイ26上に回生抑制が行われる可能性がある旨のメッセージやアイコン等を表示させたり、スピーカ28から上記メッセージを音声回生させたり、警告灯を点灯させたりする。
このように、回生抑制が行われる可能性があり、回生ブレーキが利かない可能性があることを事前に運転者に報知することによって、回生抑制によって運転者の意図する減速ができない場合でも、運転者が落ち着いて運転できる可能性が高くなる。
上述のように、実際に回生抑制が行われるのは、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下、かつ推定回生電流量IEが上限電流Iを上回った場合である。よって、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下の場合には実際に回生抑制が生じ得る状態となるが、バッテリ温度Tが閾値温度TLを超えている場合には回生抑制が生じ得る状態とはなっていない。
一方で、バッテリ温度Tが閾値温度TLを超えていても、閾値温度TLに近い温度である場合には、近い将来回生抑制が生じる可能性がある。
よって、バッテリ温度Tが、閾値温度TLより高い報知温度TA以下となった際に早めに報知を行うことによって、報知の実効性を向上させることができる。
なお、報知温度TA=閾値温度TLである場合には、実際に回生抑制が生じ得る状態となってからの報知となる。この場合でも、実際に回生抑制が生じる前に(回生走行条件が成立する前に)報知を行うことによって、運転者の違和感を軽減することができる。
また、図3に示すように、上限電流Iはバッテリ温度Tが閾値温度TL以下となった直後には通常時上限電流Inに近い値であり、回生抑制の度合いは小さい。よって、報知温度TAを閾値温度TLより低く、かつ閾値温度TL近傍の温度としてもよい。
この場合、報知手段130は、バッテリ温度Tが第1の報知温度TA1以下となった場合と、第2の報知温度TA2以下となった場合とで報知内容を変更する。
より詳細には、図3に示すように、上限電流Iはバッテリ温度Tが低いほど小さくなり、回生抑制の度合いが大きくなる。よって、バッテリ温度Tが第1の報知温度TA1以下となった場合と比較して、第2の報知温度TA2以下となった場合の方が、より報知の度合いを強くする。
報知の度合いを強くするには、たとえばディスプレイ26におけるメッセージやアイコンの表示の大きさを大きくする、表示色を原色等の視認しやすい色に変更する、メッセージの内容をより強く注意を促す内容にする、スピーカ28における出力音を大きくする、出力する音を不協和音とする、等の方法が挙げられる。
図4に示すように、第1の報知温度TAは閾値温度TL以上(図4では第1の報知温度TA>閾値温度TL)に設定されており、バッテリ温度Tが通常回生エリアにある時にも回生抑制の可能性が運転者に報知される。
また、第2の報知温度TAは閾値温度TL未満に設定されており、実際に回生抑制が生じ得る状態、かつ高SOC抑制エリアや低温抑制エリアに近く、回生抑制の度合いが大きい状態である。よって、バッテリ温度Tが第2の報知温度TA2以下となった場合には、第1の報知温度TA1以下となった場合と比較して、報知の度合いをより強くし、運転者により強く注意を促すようにする。
これにより、回生抑制が生じる可能性を運転者に確実に報知することができ、報知の実効性を向上させることができる。
なお、報知温度TAは2つに限らず、3つ以上の複数設定してもよいことは無論である。
図5のフローチャートでは、劣化度Xは用いずに、バッテリ温度Tおよび充電率Sを用いて回生抑制を行うか否かを判定する場合の処理を示している。
まず、モータ制御装置10は、充電率検知手段124によってバッテリ20の充電率Sを検知する(ステップS500)。
つぎに、回生制御手段128は、閾値温度マップ(図2、図4)から充電率Sに対応する閾値温度TLおよび報知温度TAを読み出す(ステップS502)。なお、複数の報知温度TAが設定されている場合には、複数の報知温度TAをそれぞれ読み出す。
つづいて、バッテリ温度検知手段122は、バッテリ温度Tを検知する(ステップS504)。
報知手段130は、バッテリ温度Tが報知温度TA以下か否かを判断し(ステップS506)、報知温度TA以下の場合には(ステップS506:Yes)、回生抑制が行われる可能性がある旨を報知する(ステップS508)。なお、報知温度TAが複数設定されている場合には、いずれの報知温度TAを下回っているかによって報知の内容(報知の度合い)を変更する。
また、バッテリ温度Tが報知温度TA以下でない場合には(ステップS506:No)、そのままステップS510に移行する。
一方、回生走行条件が成立した場合(ステップS510:Yes)、回生制御手段128は、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下か否かを判断し(ステップS512)、閾値温度TL以下の場合には(ステップS512:Yes)、回生電流量推定手段120に現在の電動車の走行状態に基づいて推定回生電流量IEを算出させる(ステップS514)。
そして、回生制御手段128は、推定回生電流量IEが現在のバッテリ温度Tに対応する上限電流Iを超えているか否かを判断する(ステップS516)。
推定回生電流量IEが上限電流Iを超えている場合は(ステップS516:Yes)、回生電流量を上限電流I以下とする回生抑制を行う(ステップS518)。
また、推定回生電流量IEが上限電流Iを超えていない場合は(ステップS516:No)、回生抑制を行わずにそのまま通常の回生動作を行う(ステップS520)。
なお、ステップS512で、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下でない場合にも(ステップS512:No)、上限電流Iは通常時上限電流In(モータ30で発生し得る回生電流の上限値以上の値)であるため、回生抑制を行わずにそのまま通常の回生動作を行う(ステップS520)。
よって、実際に回生抑制が行われる前に回生ブレーキがかかりにくい場合があることを運転者に認知させることができ、回生抑制に伴う違和感を軽減させることができる。
また、モータ制御装置10は、バッテリ温度Tが閾値温度TL以下の場合に回生抑制を行う。一般に、バッテリ20は低温時に抵抗値が高まり、高電流を流すと劣化につながる可能性がある。このため、低温時に回生抑制を行うことによって、バッテリ20の劣化を防止することができる。
また、モータ制御装置10は、バッテリ20の充電率Sが高いほど閾値温度TLを高くしているので、バッテリ20の充電率Sが高く過充電が懸念される状況で回生抑制に移行しやすくすることができる。
また、モータ制御装置10は、閾値温度マップMPを用いて閾値温度TLを特定し、回生抑制を行うか否かを判断するので、数式等を用いて閾値温度を算出する場合と比較してモータ制御装置の処理負荷を軽減することができる。
また、モータ制御装置10は、閾値温度TL以上に設定された報知温度TA以下にバッテリ温度Tがなった場合に回生抑制が行われる可能性を報知するので、実際に回生抑制が行われ得る状態になる前に運転者に報知を行うことができ、報知の実効性をより向上させることができる。
また、モータ制御装置10において、報知温度TAを複数設定し、それぞれの報知温度TA以下となった場合に報知の内容を変更するようにすれば、回生抑制の度合いに連動した報知を行うことができ、報知の有効性を向上させることができる。
また、モータ制御装置10において、バッテリ温度Tおよび充電率Sに加えて、バッテリ20の劣化度Xに基づいて回生を制御するようにすれば、より精度高くバッテリ20の状態を反映した制御を行うことができる。
Claims (7)
- バッテリから供給される駆動電力により電動車の駆動輪を駆動するとともに所定の回生走行条件が成立した際には回生発電により回生電流を発生し前記駆動輪に回生制動力を与えるモータを制御するモータ制御装置であって、
前記電動車の走行状態に基づいて前記回生発電により発生する回生電流量を推定する回生電流量推定手段と、
前記バッテリのバッテリ温度を検知する温度検知手段と、
前記バッテリの充電率を検知する充電率検知手段と、
前記回生電流量推定手段によって推定された推定回生電流量と、前記バッテリ温度と、前記充電率とに基づいて、前記モータで発生する前記回生電流量を制御する回生制御手段と、
前記回生電流量を前記推定回生電流量よりも少なくする回生抑制が前記回生制御手段によって行われる可能性がある場合に、前記回生抑制が行われる可能性がある旨を報知する報知手段と、を備える、
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記回生制御手段は、前記バッテリ温度が前記充電率に基づいて決定される閾値温度以下か否かを判定し、前記バッテリ温度が前記閾値温度以下の場合は前記回生抑制を行う、
ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 - 前記閾値温度は、前記充電率が高いほど高温に設定される、
ことを特徴とする請求項2記載のモータ制御装置。 - 前記回生制御手段は、前記バッテリ温度と前記充電率とに基づいて前記閾値温度を決定するための閾値温度マップを有し、前記閾値温度マップに基づいて前記回生抑制を行うか否かを判断する、
ことを特徴とする請求項2または3記載のモータ制御装置。 - 前記報知手段は、前記バッテリ温度が所定の報知温度以下となった場合に前記回生抑制が行われる可能性がある旨を報知し、
前記報知温度は、前記閾値温度以上に設定される、
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項記載のモータ制御装置。 - 前記報知温度は、前記閾値温度以上に設定される第1の報知温度と、前記閾値温度未満に設定される第2の報知温度と、を有し、
前記報知手段は、前記バッテリ温度が前記第1の報知温度以下となった場合と、前記第2の報知温度以下となった場合とで報知内容を変更する、
ことを特徴とする請求項5記載のモータ制御装置。 - 前記バッテリの劣化度を検知する劣化度検知手段を備え、
前記回生制御手段は、前記推定回生電流量と、前記バッテリ温度と、前記充電率とともに、前記劣化度に基づいて前記回生電流量を制御する、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか一つ記載のモータ制御装置。
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