JP2017109633A - 電動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの異常時におけるモータの回生制御を向上させる。
【解決手段】電動車１０は、モータ２３とエンジン２５とを備え、バッテリ５０に蓄積された蓄積電力およびエンジン２５によりジェネレータ３１を駆動して発電した発電電力を用いてモータ２３を駆動する。バッテリ５０は、直列接続された複数の電池セルと、それぞれの電池セルに対して並列に接続され電池セルの異常時に当該電池セルを迂回して電流が流れる複数の整流素子と、を有する。電池セルの異常が検知された場合、モータ２３における回生発電は禁止されるが、電動車１０走行速度が所定速度以下の場合には、回生発電を許可する。回生発電で生じた電力は、ジェネレータ３１によるエンジン２５の駆動に用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車の制御装置に関する。

従来、電力を用いて走行する電動車には、複数の電池セルを直列に接続し、高電圧を得られるように構成したバッテリが搭載されている。
ここで、バッテリ内の一部の電池セルに異常が生じた場合、バッテリ全体の電流流路が遮断されるため、電動車の走行が行えなくなる場合がある。これを回避するため、それぞれの電池セルに対して並列に整流素子（ダイオードなど）を接続し、電池セルの異常時には整流素子側に電流を迂回させることによって、電動車の走行を継続可能とした技術が知られている（たとえば、下記特許文献１参照）。

特開２０１５−１１６０５１号公報

上述した従来技術のように、電池セルの異常時に整流素子を用いて電流を迂回させる場合、モータが回生発電を行うと放電時と逆方向に電流が流れて整流素子が破損する可能性がある。よって、異常時には通常時と異なった制御を行う必要がある。
上述した従来技術では、モータの回生発電に関しての検討はなされておらず、改善の余地がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電池セルの異常時におけるモータの回生制御を向上させることを目的とする。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかる電動車の制御装置は、バッテリに蓄積された蓄積電力を用いてモータを駆動して走行する電動車の制御装置であって、前記バッテリは、直列接続された複数の電池セルと、それぞれの前記電池セルに対して並列に接続され前記電池セルの異常時に当該電池セルを迂回して電流が流れる複数の整流素子と、を有し、前記電池セルの異常を検知する異常検知部と、前記モータの出力トルクを制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、前記電池セルの異常が検知された場合、前記モータにおける回生発電を禁止する、ことを特徴とする。
請求項２の発明にかかる電動車の制御装置は、前記電動車は、エンジンと、前記エンジンにより駆動されて発電するジェネレータと、前記ジェネレータの駆動を制御するジェネレータ制御部と、前記電動車の走行速度を検知する車速検知部を更に備え、前記モータ制御部は、前記走行速度が所定速度以下の場合には、前記電池セルの異常検知時にも前記回生発電を許可し、前記ジェネレータ制御部は、前記回生発電で生じた電力を用いて前記エンジンを駆動させるよう電動機として前記ジェネレータを駆動する、ことを特徴とする。
請求項３の発明にかかる電動車の制御装置は、前記モータ制御部は、前記回生発電で生じる回生トルクが所定トルク以下の場合には、前記回生発電を許可しない、ことを特徴とする。
請求項４の発明にかかる電動車の制御装置は、前記ジェネレータ制御部は、前記ジェネレータによる前記エンジンの駆動が、前記回生発電よりも先に開始するよう前記ジェネレータを制御する、ことを特徴とする。
請求項５の発明にかかる電動車の制御装置は、前記モータ制御部は、前記回生発電で生じる電力が前記ジェネレータの消費電力以下となるよう前記モータを制御する、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電池セルの異常が検知された場合、モータにおける回生発電を禁止するので、整流素子を保護してバッテリの劣化を防止する上で有利となる。
請求項２の発明によれば、電動車の走行速度が所定速度以下の場合には、回生発電を許可するので、高速走行時と比較して車両の走行抵抗が小さくなったタイミングで回生発電による制動力を得ることができ、電動車の運転フィーリングを通常時に近づける上で有利となる。また、回生発電で生じた電力を用いてジェネレータを駆動するので、バッテリを充電することなくモータを回生発電させる上で有利となる。
請求項３の発明によれば、回生発電で生じる回生トルクが所定トルク以下の場合、すなわち回生発電による減速度が小さい場合には回生発電を許可しないので、回生発電による減速の実効性を向上させる上で有利となる。
請求項４の発明によれば、ジェネレータによるエンジンの駆動を、モータの回生発電よりも先に開始させるので、回生発電により生じる電力をより確実にジェネレータで消費することができ、バッテリの保護を図る上で有利となる。
請求項５の発明によれば、回生発電で生じる電力がジェネレータの消費電力以下となるようにするので、回生発電により生じる電力をより確実にジェネレータで消費することができ、バッテリの保護を図る上で有利となる。

実施の形態にかかる電動車１０の構成を示す説明図である。 電動車１０の電源系統を示す説明図である。 電動車１０の制御部の機能的構成を示すブロック図である。 電動車１０の消費電力量（Ｐｍ＋ＰＶ）を模式的に示す説明図である。 モータ２３、ジェネレータ３１およびエンジン２５の各運転状態を模式的に示す説明図である。 エンジン始動時のエンジン回転数を模式的に示す説明図である。 実施の形態２におけるモータ２３、ジェネレータ３１およびエンジン２５の各運転状態を模式的に示す説明図である。 回生時におけるジェネレータ制御部７０３の処理を示すフローチャートである。 回生時におけるモータ制御部７０５の処理を示すフローチャートである。 目標ジェネレータ消費電力量Ｐｃｇと目標エンジン回転数との対応を示すグラフである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電動車の制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
本実施の形態では、電動車１０が、モータ２３とエンジン２５とを備えたハイブリッド車両であるものとして説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態にかかる電動車１０の構成を示す説明図である。
電動車１０は、走行システム２０と、発電システム３０と、ＥＣＵ７０とを備えている。
走行システム２０は、電動車１０の駆動機構であり、前輪２１および後輪２２と、モータ２３と、インバータ２４と、エンジン２５と、モータ２３の出力軸２３Ａの回転とエンジン２５の出力軸２５Ａの回転とを前輪２１に伝達する伝達機構２６と、燃料タンク４０と、バッテリ５０とを備えている。

前輪２１および後輪２２は、それぞれ車幅方向で対となった２つの車輪で構成されている。本実施の形態では、前輪２１がモータ２３およびエンジン２５の駆動輪となっている。
モータ２３は、バッテリ５０に蓄積された電力を用いて駆動し、出力軸２３Ａから回転力（トルク）を出力する。なお、モータ２３は、電動車１０の減速時（アクセルペダル７１の戻し時など）に回生発電を行い回生発電することも可能である。回生発電により発生した電力はインバータ２４を介してバッテリ５０に供給され、バッテリ５０を充電する。
なお、モータ２３が電動車１０を駆動する際の運転方向を「力行方向」、回生発電時の運転方向を「回生方向」という。

インバータ２４は、バッテリ５０から供給される電力を、ドライバの要求に合わせて調整してモータ２３に供給する。ドライバの要求とは、一例として、アクセルペダル７１やブレーキペダル７２（図２参照）、シフトレバー（図示なし）等の操作や車速センサ７４によって計測された走行速度などであり、後述するＥＣＵ７０が算出する。ＥＣＵ７０は、算出した運転者からの要求出力値に基づいてインバータ２４を制御する。

エンジン２５は、燃料タンク４０から供給される燃料を燃焼室内で燃焼することによって駆動する。エンジン２５は、一例として、ガソリンを燃料とするレシプロエンジンである。エンジン２５の駆動は、後述するＥＣＵ７０によって制御される。

伝達機構２６は、モータ２３の出力軸２３Ａの回転を前輪２１に伝達するとともに、エンジン２５の出力軸２５Ａの回転を前輪２１に伝達する。伝達機構２６は、クラッチ装置２７を備えている。クラッチ装置２７は、一対のクラッチ板２７Ａ，２７Ｂと、クラッチ板２７Ａ，２７Ｂを互いに接触可能であり、かつ、接触状態を解除可能な駆動部２７Ｃを備えている。

クラッチ板２７Ａは、エンジン２５の出力軸２５Ａと一体に回転する。クラッチ板２７Ｂは、モータ２３の出力軸２３Ａと一体に回転する。駆動部２７Ｃによってクラッチ板２７Ａ，２７Ｂどうしが互いに接触すると、クラッチ板２７Ａ，２７Ｂは互いに一体に回転する。このことによって、エンジン２５の出力軸２５Ａの回転が前輪２１に伝達される。駆動部２７Ｃによってクラッチ板２７Ａ，２７Ｂが互いに離れた状態になると、エンジン２５の出力軸２５Ａの回転は前輪２１に伝達されなくなる。駆動部２７Ｃは、後述するＥＣＵ７０によって制御される。

燃料タンク４０は、エンジン２５の動力源である燃料（例えばガソリン）を蓄積する。
バッテリ５０は、モータ２３の動力源である電力を蓄積する。バッテリ５０にはＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１が接続されている。ＢＭＵ５１は、バッテリ５０の電圧や温度、入出力される電流等を検出し、充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を含むバッテリ５０の状態を検出する。ＢＭＵ５１は、バッテリ５０の状態（少なくとも充電率）をＥＣＵ７０に送信する。

発電システム３０は、バッテリ５０を充電するための機構であり、エンジン２５と、ジェネレータ３１と、インバータ２４とを備えている。

ジェネレータ３１の回転軸３１Ａは、第２の伝達機構３２によってエンジン２５の出力軸２５Ａの回転が伝達される。ジェネレータ３１は、ＥＣＵ７０の制御によって発電可能な状態になると、エンジン２５の出力軸２５Ａの回転を受けて回転軸３１Ａが回転し、発電する。ジェネレータ３１は、インバータ２４に接続されており、ジェネレータ３１が発電した交流電力はインバータ２４によって直流電力に変換されてバッテリ５０に充電される。
また、後述するシリーズ走行モードでは、ジェネレータ３１が発電した交流電力がそのままモータ２３の駆動に用いられる。この場合、ジェネレータ３１の発電電力はインバータ２４で適宜周波数が変換された上でモータ２３に供給される。

ジェネレータ３１は、エンジン２５を始動する際のスタータとしても機能する。ＥＣＵ７０は、エンジン２５を始動するときは、インバータ２４を制御してジェネレータ３１を駆動する。ジェネレータ３１が駆動することによって回転軸３１Ａが回転する。回転軸３１Ａは第２の伝達機構３２を介してエンジン２５の出力軸２５Ａに連結されているので、ジェネレータ３１が駆動されて回転軸３１Ａが回転すると、エンジン２５の出力軸２５Ａを回転することができる。
なお、ジェネレータ３１が発電を行う際の運転方向を「発電（回生）方向」、エンジン２５を始動させる際の運転方向を「力行方向」という。

また、上述のように、モータ２３の回生発電によって発生した電力によっても、バッテリ５０を充電することが可能である。

ＥＣＵ７０は、電動車１０全体を制御する制御部である。
ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。

つぎに、電動車１０の電源系統について説明する。
図２は、電動車１０の電源系統を示す説明図である。
バッテリ５０は、直列接続された複数の電池セルＣｎ（ｎ＝１〜ｍ）と、それぞれの電池セルＣｎに並列に接続された複数の整流素子Ｄｎ（ｎ＝１〜ｍ）と、を備える。すなわち、各電池セルＣｎには、異常時に電流の迂回路として用いられるダイオードなどの整流素子が並列に接続されている。
通常時（異常がない時）には、ダイオードによって電流の回り込みが抑制されるため、電流は電池セルＣｎ側を流れる。一方、いずれかの電池セルＣｎに異常が生じた場合、当該電池セルＣｎの抵抗が増加するため、並列に設けられた整流素子Ｄｎの方が抵抗値が低くなり、電流は整流素子Ｄｎ側を流れる。
なお、電池セルＣｎの異常とは、電池セルＣｎの故障の他、電池セルＣｎ以外の部品の故障などにより電池セルＣｎに期待される動作が正常に行えない場合などを含む。

また、電池セルＣｎに異常が生じた場合に電流の流路を当該異常が発生した電池セルＣｎから整流素子Ｄｎへと切り替えるスイッチを備えていてもよい。このスイッチは、例えば電池セルＣｎを直列につなぐ配線と整流素子Ｄｎとの間に設けられる。
スイッチを設けた場合、通常時（異常がない時）にはスイッチはオフにされ、電流は電池セルＣｎ側を流れる。また、いずれかの電池セルＣｎの異常が検知された場合、当該電池セルＣｎに並列に設けられたスイッチをＥＣＵ７０等でオンにして、電流が整流素子Ｄｎ側を流れるようにする。

各電池セルＣｎには、電圧計６１および温度計６２が設けられており、各電池セルＣｎのセル電圧ＶＣｎおよびセル温度ＴＣｎを測定する。なお、電圧計６１および温度計６２は、所定の単位個数の電池セルＣｎで構成されるセルユニットごとに設けられていてもよい。電圧計６１および温度計６２の測定値は、ＢＭＵ５０Ａに入力される。
また、バッテリ５０とバッテリ５０から電力の供給を受けて稼働する機器（本実施の形態ではモータ２３や空調装置７５）との間には電流計６３が設けられ、バッテリ５０からの出力電流を測定する。電流計６３の測定値は、ＢＭＵ５０Ａに入力される。

バッテリ５０は、電動車１０の車体に設けられた充電コネクタ６５から外部電源の供給を受けることによって充電される。より詳細には、外部電源を供給する充電装置の給電用コネクタ（図示なし）を充電コネクタ６５に接続し、バッテリ５０が満充電状態（または任意の充電量）となるまで充電を行う。この時、車載充電器６６により外部電源を交流から直流へと変換する。なお、外部電源が直流で供給される場合には車載充電器６６は設けられていなくてもよい。

空調装置７５は、バッテリ５０に蓄電された電力を用いて稼働し、電動車１０内の空調を行う。空調装置７５は、車内に設けられた空調調整部（操作ボタンやダイヤルなど）への設定に基づいて、車内の空気が設定された温度等になるように稼働する。

モニタ７６は、電池セルＣｎに異常が生じた際にその旨を文字やアイコンなどの視覚情報で運転者に報知する。モニタ７６は、たとえばダッシュボード付近など運転者が視認しやすい位置に設けられている。電池セルＣｎに異常が生じていない場合、モニタ７６には、電池セルＣｎが正常である旨を報知してもよいし、特に報知を行わず異常時のみ報知を行うようにしてもよい。また、モニタ７６に代えて、またはモニタ７６とともに、同様の報知を音声で行うスピーカを設けてもよい。

つぎに、図３を参照して電動車１０の制御部の機能的構成について説明する。
図３は、電動車１０の制御部の機能的構成を示すブロック図である。
図３に示すように、電動車１０の制御部はＥＣＵ７０およびＢＭＵ５０Ａであり、それぞれの制御部のＣＰＵが制御プログラムを実行することにより、要求出力算出部７００、駆動制御部７０１、バッテリ制御部７０２、ジェネレータ制御部７０３、エンジン制御部７０４、モータ制御部７０５、異常検知部７０６を実現する。

要求出力算出部７００は、ドライバからの要求出力を算出する。より詳細には、要求出力算出部７００は、アクセルペダル７１やブレーキペダル７２、車速センサ７４の検出値からドライバの運転操作を検知して、電動車１０の駆動トルク、すなわちモータ２３の出力トルク（モータトルク）を算出する。

駆動制御部７０１は、要求出力算出部７００で算出された要求出力に基づいて、電動車１０の各部を制御する。
駆動制御部７０１は、バッテリ制御部７０２、ジェネレータ制御部７０３、モータ制御部７０５およびエンジン制御部７０４を含んで構成される。バッテリ制御部７０２はバッテリ５０を、ジェネレータ制御部７０３はジェネレータ３１を、エンジン制御部７０４はエンジン２５を、モータ制御部７０５はモータ２３を、それぞれ制御する。
なお、駆動制御部７０１は、上記以外にも例えばクラッチ装置２７の駆動部２７Ｃ等、電動車１０の駆動に用いられる各種機構を制御する。

駆動制御部７０１は、通常時には電動車１０の３つの走行モード、すなわち１．ＥＶ走行モード、２．シリーズ走行モード、３．パラレル走行モードの３種類を適宜切り替えて電動車１０を駆動する。

１．ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行モード
エンジン２５は停止し、モータ２３の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。ＥＶ走行モードでモータ２３に供給される電力は、バッテリ５０に蓄積された蓄積電力である。

２．シリーズ走行モード
エンジン２５でジェネレータ３１を駆動しながら、モータ２３の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。シリーズ走行モードでモータ２３に供給される電力は、バッテリ５０に蓄積された蓄積電力およびジェネレータ３１で発電された発電電力である。

３．パラレル走行モード
エンジン２５の駆動力およびモータ２３の駆動力で車軸を回転させて走行するモードである。
特に、高速走行時等、エンジン２５による車軸駆動の効率が高い場合にパラレル走行モードに移行する。なお、パラレル走行モード時にも、エンジン２５の駆動力をジェネレータ３１に伝達して発電を行う（すなわち、エンジン２５の駆動力を走行と発電とに振り分ける）ことが可能である。

駆動制御部７０１は、例えばシリーズ走行モード中にドライバが要求するモータトルクを出力するために必要な電力量を算出し、当該必要な電力量のうちバッテリ５０の蓄積電力から使用する分と、ジェネレータ３１で発電して発電して使用する分とを割り振る。そして、バッテリ５０からの放電電力量およびジェネレータ３１の発電電力量を制御する。

特に、本実施の形態では電池セルＣｎの異常時には電動車１０をシリーズ走行モードで走行させる。これは、後述のように電池セルＣｎの異常時にはバッテリ５０からの放電電力量が制限され、ＥＶ走行モードでは出力が大きく制限されるためである。シリーズ走行モードで逐次発電を行いながら走行することによって、異常時における電動車１０の走行距離や走行速度を向上させることができる。
なお、電動車１０の走行速度が高速の場合にはパラレル走行モードに移行するようにしてもよい。

異常検知部７０６は、電池セルＣｎの異常を検知する。
電池セルＣｎの異常検知は、従来技術の様々な方法を用いることが可能である。具体的には、たとえばそれぞれの電池セルＣｎのセル電圧を測定し、セル電圧が所定電圧未満の電池セルがある場合に当該電池セルに異常が生じていると検知する。
なお、電池セルＣｎに異常が生じた場合、当該電池セルＣｎの内部抵抗が増加し、最終的には絶縁するため、当該電池セルＣｎと並列に設けられた整流素子Ｄｎ側を電流が流れるようになる。その結果、異常が生じた電池セルＣｎが電源回路から切り離され、セル電圧Ｖ_Ｃｎは０Ｖとなる。
また、異常検知部７０６は、それぞれの電池セルＣｎのセル温度を測定し、セル温度が所定温度以上となった場合に当該電池セルＣｎに異常が生じていると検知してもよい。
また、異常検知部７０６は、バッテリ５０の出力電流が第１の所定電流未満の時の各電池セルＣｎのセル電圧を基準電圧とし、バッテリ５０の出力電流が第１の所定電流より大きい第２の所定電流を超える時の各電池セルＣｎのセル電圧を比較電圧とし、比較電圧と基準電流との差が所定電圧以下の電池セルＣｎがある場合、当該電池セルＣｎに異常が生じていると検知するようにしてもよい。

異常検知部７０６によっていずれかの電池セルＣｎの異常が検知された場合、駆動制御部７０１の各部は、通常時（電池セルＣｎの異常が検知されていない時）と比較して以下のように制御を変更する。

＜バッテリ制御部７０２＞
本実施の形態では、いずれかの電池セルＣｎの異常が検知された場合にはバッテリ５０からの放電は最小限にして、ジェネレータ３１の発電電力を主に用いて走行する。
また、要求出力に対応するモータ２３の消費電力に対してジェネレータ３１の発電電力が不足する場合には、バッテリ５０の蓄積電力で不足分を補う。バッテリ制御部７０２は、このときの最大出力電力Ｐ_ＢＭＸを整流素子Ｄｎの最大許容電流Ｉ_ＢＦＨに基づいて決定する。
より詳細には、バッテリ制御部７０２は、整流素子Ｄｎの最大許容電流Ｉ_ＢＦＨと、異常が生じた電池セルＣｎを除いたバッテリ５０の出力電圧Ｖ_Ｂとの積を最大出力電力Ｐ_ＢＭＸと決定する。すなわち、バッテリ５０の最大出力電力Ｐ_ＢＭＸを下記式（１）とする。
これにより、整流素子Ｄｎの破損を防止し、また異常が生じた電池セルＣｎの出力分を差し引いた適切な出力電力を設定することができる。
Ｐ_ＢＭＸ ＝ Ｉ_ＢＦＨ×Ｖ_Ｂ・・・（１）

また、電池セルＣｎの異常が検知された場合、バッテリ５０を充電すると整流素子Ｄｎが破損してバッテリ５０が使用不可となる可能性があるため、バッテリ５０の充電は回避する必要がある。
このため、バッテリ制御部７０２は、例えば車載充電器６６に対してバッテリ５０の充電を禁止する制御信号を出力したり、充電コネクタ６５に対してロックをかけて給電コネクタの接続を禁止したりする。
また、後述のように、モータ制御部７０５によりモータ２３の回生発電を禁止する。

＜ジェネレータ制御部７０３＞
ジェネレータ制御部７０３は、電池セルＣｎの異常が検知された場合、ジェネレータ３１の発電電力量が、常時モータ２３における消費電力以下になるように設定する。これは、ジェネレータ３１で発電した電力を確実にモータ２３で消費して、余剰電力が生じないようにするためである。

より詳細には、通常時におけるジェネレータ３１の発電電力量Ｐｒｇは、モータ２３の消費電力量をＰｍ、空調装置７５などの補機類の消費電力量をＰｖ、バッテリ５０の充電電力量をＰｃｈｇとして、下記式（２）で示される。
Ｐｒｇ ＝ Ｐｍ＋Ｐｖ＋Ｐｃｈｇ・・・（２）

一方、電池セルＣｎの異常時におけるジェネレータ３１の発電電力量Ｐｇは、モータ２３の消費電力量をＰｍ、空調装置７５などの補機類の消費電力量をＰｖ、電池セル異常時の発電電力補正値をＰｍｒｇとして、下記式（３）で示される。
Ｐｇ ＝ Ｐｍ＋Ｐｖ−Ｐｍｒｇ・・・（３）
すなわち、通常時も異常時も、モータ２３の消費電力量Ｐｍと補機類の消費電力量Ｐｖとを発電することは共通しているが、異常時にはバッテリ５０の充電電力量Ｐｃｒｇ分は発電しない。
また、電池セル異常時の発電電力補正値Ｐｍｒｇとは、ジェネレータ３１の発電電力量Ｐｇが消費電力量（Ｐｍ＋Ｐｖ）を上回らないようにするためのマージンである。上述のように、電池セルＣｎに異常が生じたバッテリ５０は、一定範囲の放電は可能であるものの、充電は禁止される。一方で、発電電力量Ｐｇと消費電力量（Ｐｍ＋Ｐｖ）とを常時一致させるのは難しい。よって、発電電力量Ｐｇは、消費電力量（Ｐｍ＋Ｐｖ）から発電電力補正値Ｐｍｒｇを差し引いた値とし、不足分はバッテリ５０から放電させるようにしている。

図４は、電動車１０の消費電力量（Ｐｍ＋ＰＶ）を模式的に示す説明図である。
図４において、縦軸は電流であり、紙面上方側が充電（回生）電流、紙面下方側が放電電流となっている。横軸は時間である。
太点線で示す通常時には、バッテリ５０からの放電の他、通常時回生上限の範囲でモータ２３の回生発電が許可され、回生発電時にはバッテリ５０が充電される。
一方、実線で示す異常時には、モータ２３の回生発電は禁止され、常時放電側で運転するように制御される。図中に示す異常時放電下限は、上記発電電力補正値Ｐｍｒｇに対応し、バッテリ５０から常時一定の放電を行い、充電がなされないようにしている。

また、ジェネレータ制御部７０３は、電池セルＣｎの異常検知時に電動車１０の減速指示があった場合には、通常時（異常の非検知時）よりも早いタイミングでジェネレータ３１の発電トルクを低減させる。電動車１０の減速指示とは、例えばアクセルペダル７１の踏み戻しやブレーキペダル７２の踏み込み等である。
これは、減速によりモータ２３の消費電力が低減することを見込み、ジェネレータ３１の発電電力に余剰が生じないように事前に発電量を抑えるためである。

これと関連して、モータ制御部７０５は、電池セルＣｎの異常検知時に電動車１０の減速指示があった場合には、通常時（異常の非検知時）よりも遅いタイミングで出力トルクを低減させる。
これは、ジェネレータ３１の発電電力に余剰が生じないように、発電電力量が低減してから、モータ２３の減速を開始するものである。
モータ制御部７０５は、例えばジェネレータ３１の発電量がゼロになった後にモータ２３の出力トルクがゼロとなるように制御する。

モータ２３の出力トルクＴｍは、一般に下記式（４）で示される。
Ｔｍ ＝ Ｔ_ＴＧＴ×Ｋｍ＋Ｔｍ_{（ｎ−１）}×（１−Ｋｍ） ・・・（４）
上記式（４）において、Ｔ_ＴＧＴは要求出力から算出される目標出力トルク、Ｋｍはモータ用フィルタ係数、Ｔｍ_{（ｎ−１）}は前回の出力トルク算出タイミングにおける出力トルクである。上記式（４）のように、目標出力トルクＴ_ＴＧＴをモータ用フィルタ係数Ｋｍおよび前回の出力トルクＴｍ_{（ｎ−１）}によって補正することにより、急激な出力トルクの変化を防止している。
ここで、モータ用フィルタ係数Ｋｍは、通常時フィルタ係数Ｋ_ＮＬと異常時フィルタ係数Ｋ_ＦＬとがあり、異常時フィルタ係数Ｋ_ＦＬの方が通常時フィルタ係数Ｋ_ＮＬよりも小さい値である（Ｋ_ＦＬ＜Ｋ_ＮＬ）。モータ制御部７０５は、電池セルＣｎの異常時には異常時フィルタ係数Ｋ_ＦＬを用いて、通常時よりもモータトルクの変化を緩やかにする。

図５は、モータ２３、ジェネレータ３１およびエンジン２５の各運転状態を模式的に示す説明図である。
図５Ａはモータ２３およびジェネレータ３１のトルクを示しており、一点破線は通常時のモータトルクを、太実線は異常時のモータトルクを、太点線は通常時のジェネレータトルクを、細点線は異常時のジェネレータトルクをそれぞれ示している。
図５Ｂはエンジン２５の回転数を示しており、太実線は通常時のエンジン回転数を、細点線は異常時のエンジン回転数をそれぞれ示している。
なお、モータトルクはモータ２３の消費電力に比例する。また、ジェネレータトルクはジェネレータ３１の発電電力に比例する。

時刻Ｔ０から時刻Ｔα１の間は、モータ２３は停止しており、ジェネレータ３１も停止し発電を行っていない。時刻Ｔα１から時刻Ｔα２にかけてモータ２３は力行運転し、ジェネレータ３１もモータ２３の出力に合わせて発電を行う。この間、ジェネレータ３１を駆動するためエンジン２５も回転数が上昇する。
時刻Ｔα２に電動車１０の減速指示があると、ジェネレータ３１は発電電力を低減させるが、通常時には時刻Ｔα２から時刻Ｔα５までかけて発電電力を０まで低減させるところ、異常時には時刻Ｔα２から時刻Ｔα３（＜時刻Ｔα５）で発電電力を０まで低減させる。
このように、図５Ａでは異常時には発電電力を低減させる速度を通常時よりも速くして、通常時よりも早いタイミングでジェネレータ３１の発電トルクを低減させている。
この他、異常時には発電電力を低減開始する時刻を通常時よりも早くして、通常時よりも早いタイミングでジェネレータ３１の発電トルクを低減させてもよい。

また、モータ２３については、時刻Ｔα２に電動車１０の減速指示があると、通常時には上記式（４）のモータ用フィルタ係数Ｋｍとして通常時フィルタ係数Ｋ_ＮＬを用い、時刻Ｔα４にモータ２３の出力トルクが０になるところ、異常時には上記式（４）のモータ用フィルタ係数Ｋｍとして異常時フィルタ係数Ｋ_ＦＬを用い、時刻Ｔα５（＞時刻Ｔα４）にモータ２３の出力トルクが０になる。
このように、図５Ａでは異常時にはモータトルクを低減させる速度を通常時よりも遅くして、通常時よりも遅いタイミングでモータトルクを低減させている。
この他、異常時には減速指示後、所定の遅延時間ＴＬを経てから出力トルクを低減させて、通常時よりも遅いタイミングでモータトルクを低減させるようにしてもよい。

ジェネレータ３１の発電電力およびモータ２３の出力トルクが０になる時刻を比較すると、通常時には時刻Ｔα４にモータ２３の出力トルクが０になり、その後時刻Ｔα５にジェネレータ３１の発電電力が０になっている。一方で、異常時には時刻Ｔα３にジェネレータ３１の発電電力が０になり、その後時刻Ｔα５にモータ２３の出力トルクが０になっている。
これにより、モータ２３の消費電力が常時ジェネレータ３１の発電電力を上回り、発電電力の余剰によりバッテリ５０が充電されるのを防止することができる。

＜エンジン制御部７０４＞
つぎに、エンジン制御部７０４について説明する。
エンジン制御部７０４は、電池セルＣｎの異常検知時には、エンジン２５の始動時の目標回転数を通常時（異常の非検知時）よりも少なくする。
上述のように、エンジン２５の始動時にはジェネレータ３１が力行方向に運転しスタータとして機能するが、通常時にはエンジン２５の始動後にジェネレータ３１を発電方向に運転させて、エンジン始動時の吹け上がりを抑えている。
一方、異常時にはジェネレータ３１の発電方向への運転はバッテリ５０の充電につながる可能性があるため回避する必要がある。よって、エンジン２５の目標回転数を低く設定して、ジェネレータ３１による抑え込みがなくてもエンジン始動時に過度なエンジン回転数の上昇が生じないようにしている。

図５に示すように、エンジン２５の始動時には時刻Ｔ０から時刻Ｔβ１にかけてジェネレータ３１が力行方向に運転してエンジン２５を回転させる。時刻Ｔβ１にエンジン２５が点火されると、通常時にはエンジン回転数が急激に増加し、これを抑えるためにジェネレータ３１を発電方向に運転させる。この結果、エンジン回転数は所定のアイドリング回転数に落ち着く。
一方、異常時には目標回転数が少なく設定するため、エンジン回転数の増加量は通常時ほど大きくなく、ジェネレータ３１も発電方向に運転することなく運転を停止する。

図６は、エンジン始動時のエンジン回転数を模式的に示す説明図である。
図６において、縦軸はエンジン２５の回転数、横軸は時間である。
通常時におけるエンジン始動時の目標回転数をＮ_ＮＬ、異常時におけるエンジン始動時の目標回転数をＮ_ＦＬ（＜Ｎ_ＮＬ）とする。時刻Ｔβ３には停止していたエンジン２５が、ジェネレータ３１の力行運転により時刻Ｔβ４までにはそれぞれの目標回転数Ｎ_ＮＬまたはＮ_ＦＬとなる。時刻Ｔβ４にエンジン２５が点火されると、通常時には急激にエンジン回転数が増加するが、異常時には元々の回転数が少ないためエンジン回転数の増加度合いは緩やかである。なお、点火後の目標回転数は通常時と同様（例えばＮ_ＮＬ）とすればよい。

以上説明したように、実施の形態１にかかる電動車１０の制御装置によれば、バッテリ５０内の電池セルＣｎに異常が生じてバッテリ５０からの電力供給が制限される場合であっても、ジェネレータ３１の発電電力を用いてモータ２３を駆動して走行することができ、異常時における電動車１０の出力（走行速度および走行可能距離）を向上させる上で有利となる。
また、ジェネレータ３１の発電電力量をモータ２３の消費電力以下とするので、バッテリ５０が充電されることがなく、整流素子Ｄｎを保護してバッテリ５０の劣化を防止する上で有利となる。
また、電池セルＣｎの異常検知時に電動車１０の減速指示があった場合には、モータ２３の出力トルクより先にジェネレータ３１の発電電力量が低減するようにしたので、モータ２３の消費電力が低減する減速時に発電電力量が消費電力量を上回ってバッテリ５０が充電されるのを防止する上で有利となる。
また、電池セルＣｎの異常検知時には、エンジン２５の始動時の目標回転数を通常時よりも少なくするので、ジェネレータ３１の発電運転を行うことなくエンジン始動時の吹け上がりを防止することができ、ジェネレータ３１の発電によりバッテリ５０が充電されるのを防止する上で有利となる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、電池セルＣｎの異常時にはモータ２３の回生発電が一切禁止されていた。実施の形態２では、電池セルＣｎの異常時にも所定の条件下であればモータ２３の回生発電を可能とする。
所定の条件とは、例えば電動車１０の走行速度が所定速度以下の場合である。一般に、高速走行時には車両に対する走行抵抗が大きく、アクセルペダル７１の踏み戻し時などに減速が生じやすい。一方、高速走行時以外には車両に対する走行抵抗があまり大きくなく、減速が生じにくい。このため、電池セルＣｎの異常によりモータ２３の回生発電が禁止されると、異常がない時との運転フィーリングの差が大きくなる。
そこで、電動車１０の走行速度が所定速度以下の場合には、電池セルＣｎの異常検知時にもモータ２３における回生発電を許可し、異常がない時に近い運転フィーリングを実現する。
本実施の形態では、回生発電で生じた電力をジェネレータ３１に供給し、ジェネレータ３１でエンジン２５を回転させる、すなわちジェネレータ３１を電動機として用いることによって消費する。
なお、実施の形態２においても、電動車１０の構成は実施の形態１と同様であるので、詳細な説明を省略する。

図７は、実施の形態２におけるモータ２３、ジェネレータ３１およびエンジン２５の各運転状態を模式的に示す説明図である。
図７Ａはモータ２３およびジェネレータ３１のトルクを示しており、太実線はモータトルクを、点線はジェネレータトルクをそれぞれ示している。
図７Ｂはエンジン２５の回転数を示している。

時刻Ｔ０から時刻Ｔγ１の間については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
時刻Ｔγ１に電動車１０の減速指示があると、ジェネレータ３１は発電トルクを低減させ、時刻Ｔγ２には発電トルクが０となる。ジェネレータ３１を駆動するエンジン２５の回転数も時刻Ｔγ１以降、徐々に低下する。また、モータ２３も時刻Ｔγ１からモータトルク（力行トルク）を低減させ、時刻Ｔγ３には力行トルクが０となる。
時刻Ｔγ２に発電トルクが０となった後、ジェネレータ３１はインバータ２４から電力供給を受けて力行運転を行い、エンジン２５を回転させる。これにより、ジェネレータ３１による電力消費が行われる。
また、ジェネレータ３１が力行運転を開始した後の時刻Ｔγ３には、モータ２３が回生発電を開始する。モータ２３の回生発電で生じた電力は、ジェネレータ３１に供給される。
すなわち、時刻Ｔγ２直後にインバータ２４からジェネレータ３１に供給される電力は、バッテリ５０の蓄積電力であるが、時刻Ｔ３以降にインバータ２４からジェネレータ３１に供給される電力は、モータ２３の回生発電によって発電した電力である。
エンジン２５の回転数は、後述するようにジェネレータ３１の目標消費電力量によって変動する。

このように、ジェネレータ３１でエンジン２５を駆動することで、モータ２３の回生発電で生じた電力を消費することが可能となり、バッテリ５０を充電することなく回生制動力を得ることができる。
なお、ジェネレータ制御部７０３は、ジェネレータ３１によるエンジン２５の駆動が、モータ２３の回生発電よりも先に開始するようジェネレータ３１を制御する。これは、モータ２３の回生発電がジェネレータ３１によるエンジン２５の駆動より先に開始すると、回生発電により発電した電力を消費することができず、バッテリ５０が充電される可能性があるためである。

また、モータ制御部７０５は、回生発電で生じる回生トルクが所定トルク以下の場合には、回生発電を許可しないようにしてもよい。これは、回生発電で生じる回生トルクが小さい場合には電動車１０の減速度が小さく、回生発電を許可しても運転フィーリングに及ぼす影響が小さいためである。

図８は、回生時におけるジェネレータ制御部７０３の処理を示すフローチャートである。
電池セルＣｎの異常が検知されると（ステップＳ８００：Ｙｅｓ）、ジェネレータ制御部７０３は、モータ制御部７０５からモータ２３の目標出力トルク（目標モータトルク）Ｔｍを取得して、目標モータトルクＴｍが０未満か、すなわちモータ２３が回生発電する可能性があるか否かを判断する（ステップＳ８０２）。
目標モータトルクＴｍが０未満でない場合（ステップＳ８０２：Ｎｏ）、すなわち力行側のトルクである場合には、そのままステップＳ８００に戻り、以降の処理をくり返す。

目標モータトルクＴｍが０未満である場合（ステップＳ８０２：Ｙｅｓ）、すなわち回生側のトルクである場合、ジェネレータ制御部７０３は、車速センサ７４の検出値を参照して電動車１０の走行速度が所定速度以下か否か判断する（ステップＳ８０４）。
電動車１０の走行速度が所定速度を超えている場合には（ステップＳ８０４：Ｎｏ）、モータ２３の回生発電は許可しないため、そのままステップＳ８００に戻り、以降の処理をくり返す。

一方、電動車１０の走行速度が所定速度以下の場合は（ステップＳ８０４：Ｙｅｓ）、モータ２３の回生発電を許可するため、まずジェネレータ制御部７０３は、ジェネレータ３１の目標消費電力量（目標ジェネレータ消費電力量）Ｐｃｇを算出する（ステップＳ８０６）。
目標ジェネレータ消費電力量Ｐｃｇは、下記式（５）により算出する。
Ｐｃｇ ＝ Ｐｒｍ−Ｐｖ＋Ｐｃｍｒｇ・・・（５）
上記式（５）において、Ｐｒｍはモータ２３の回生発電により発生する電力量（回生電力量）、Ｐｖは空調装置７５などの補機類の消費電力量、Ｐｃｍｒｇは電池セル異常時の消費電力補正値である。
回生電力量Ｐｒｍは、ジェネレータ３１の実消費電力に合わせて設定される。すなわち、ジェネレータ３１の始動時には回生電力量Ｐｒｍは０に設定され、以降はジェネレータ３１の実消費電力の値が回生電力量Ｐｒｍとして設定される。
消費電力補正値Ｐｃｍｒｇは、ジェネレータ３１の消費電力量Ｐｃｇが回生電力量Ｐｒｍを下回らないようにするためのマージンである。すなわち、目標ジェネレータ消費電力量Ｐｃｍは、回生電力量Ｐｒｍから補機類の消費電力量Ｐｖを差し引いた値よりも常に大きくなるように設定されている（Ｐｃｍｒｇ＞Ｐｒｍ−Ｐｖ）。これにより、回生発電で生じる電力がジェネレータ３１の消費電力以下となるようジェネレータ３１を制御することができる。

つぎに、図１０に示すような目標ジェネレータ消費電力量Ｐｃｇと目標エンジン回転数との対応グラフ等を用いて、ジェネレータ３１によるエンジン２５の目標駆動回転数（目標エンジン回転数）を算出する（ステップＳ８０８）。
そして、ジェネレータ制御部７０３は、ジェネレータ３１に電力を供給して力行運転させる（ステップＳ８１０）。このとき、ステップＳ８０８で算出した目標回転数でエンジン２５を回転させるようにジェネレータ３１を駆動する。
なお、ジェネレータ３１の力行運転開始時には、バッテリ５０の蓄積電力を用いてジェネレータ３１を駆動するが、その後モータ２３の回生発電が開始した後はモータ２３の回生発電により発電した電力を用いてジェネレータ３１を駆動する。

図９は、回生時におけるモータ制御部７０５の処理を示すフローチャートである。
モータ制御部７０５は、上記式（４）に従ってモータ２３の出力トルク（モータトルク）Ｔｍを算出する（ステップＳ９００）。
目標モータトルクＴｍが０以上（Ｔｍ≧０）の場合は（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、回生発電ではなく力行運転となるので、ステップＳ９０４に移行し、実際にモータ２３で出力するトルク（実モータトルクＴｒｍ）をＴｍに設定して（ステップＳ９０４）、決定した実モータトルクＴｒｍでモータ２３を駆動（力行運転）する（ステップＳ９１４）。

また、目標モータトルクＴｍが０未満（Ｔｍ＜０）の場合（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、モータ制御部７０５は、電池セルＣｎの異常が検知さているか否かを判断し（ステップＳ９０２）、電池セルＣｎの異常が検知されていない場合には（ステップＳ９０２：Ｎｏ）、モータ２３の回生発電を行ってもバッテリ５０に影響がないため、実モータトルクＴｒｍをＴｍに設定して（ステップＳ９０４）、実モータトルクＴｒｍ（Ｔｍ）でモータ２３を駆動（回生発電）する（ステップＳ９１４）。

一方、電池セルＣｎの異常が検知されている場合（ステップＳ９０２：Ｙｅｓ）、モータ制御部７０５は、ジェネレータ３１が力行運転を行っているか否かを判断する（ステップＳ９０６）。
力行運転を行っていない場合は（ステップＳ９０６：Ｎｏ）、モータ２３の回生発電による発電電力の消費先がなく、回生発電は禁止されるので、実モータトルクＴｒｍを０に設定して（ステップＳ９１２）、決定した実モータトルクＴｒｍでモータ２３を駆動、この場合は運転停止する（ステップＳ９１４）。

一方、力行運転を行っている場合（ステップＳ９０６：Ｙｅｓ）、モータ制御部７０５は、下記式（６）で示される制限トルクＴｌｉｍを算出する（ステップＳ９０８）。
Ｔｌｉｍ ＝ （Ｐｃｇ’＋Ｐｖ）÷Ｎｍ×Ｋｔ
上記式（６）において、Ｐｃｇ’は実際のジェネレータ消費電力量、Ｐｖは空調装置７５などの補機類の消費電力量、Ｎｍはモータ２３の回転数、Ｋｔはトルクへの変換係数である。
制限トルクＴｌｉｍは、ジェネレータ３１での消費電力量に合わせた回生トルク値であり、その値は負である。

モータ制御部７０５は、ステップＳ９０８で算出した制限トルクＴｌｉｍと、ステップＳ９００で算出した目標モータトルクＴｍとを比較して、数値が大きい方を実モータトルクＴｒｍとして決定し（ステップＳ９１０：Ｔｒｍ＝Ｍａｘ（Ｔｌｉｍ，Ｔｍ））、決定した実モータトルクＴｒｍでモータ２３を駆動（回生発電）する（ステップＳ９１４）。
なお、制限トルクＴｌｉｍおよび目標モータトルクＴｍはそれぞれ負であるため、数値が大きい方とは、絶対値が小さく０に近い値をとる方のトルクである。
すなわち、制限トルクＴｌｉｍは回生トルク値の限界値に対応し、目標モータトルクＴｍが制限トルクＴｌｉｍよりも大きい（絶対値が小さい）場合は目標モータトルクＴｍをそのまま実モータトルクＴｒｍとし、目標モータトルクＴｍが制限トルクＴｌｉｍよりも小さい（絶対値が大きい）場合は制限トルクＴｌｉｍを実モータトルクＴｒｍとする。
これにより、モータ２３の回生発電により発生する電力を、ジェネレータ３１で確実に消費することができる。

以上説明したように、実施の形態２にかかる電動車１０の制御装置によれば、電池セルＣｎの異常が検知された場合、電動車の走行速度が所定速度を超えている場合には、モータ２３における回生発電を禁止するので、整流素子Ｄｎを保護してバッテリ５０の劣化を防止する上で有利となる。
また、電動車１０の走行速度が所定速度以下の場合には、モータ２３の回生発電を許可するので、高速走行時と比較して車両の走行抵抗が小さくなったタイミングで回生発電による制動力を得ることができ、電動車１０の運転フィーリングを通常時に近づける上で有利となる。
また、回生発電で生じた電力を用いてジェネレータ３１を駆動するので、バッテリ５０を充電することなくモータ２３を回生発電させる上で有利となる。
また、回生発電で生じる回生トルクが所定トルク以下の場合、すなわち回生発電による減速度が小さい場合には回生発電を許可しないので、回生発電の実効性を向上させる上で有利となる。
また、ジェネレータ３１によるエンジン２５の駆動を、モータ２３の回生発電よりも先に開始させるので、回生発電により生じる電力をより確実にジェネレータ３１で消費することができ、バッテリ５０の保護を図る上で有利となる。
また、回生発電で生じる電力がジェネレータ３１の消費電力以下となるようにするので、回生発電により生じる電力をより確実にジェネレータ３１で消費することができ、バッテリ５０の保護を図る上で有利となる。

１０……電動車、２３……モータ、２４……インバータ、２５……エンジン、３１……ジェネレータ、４０……燃料タンク、５０……バッテリ、５０Ａ……ＢＭＵ、７０……ＥＣＵ、７００……要求出力算出部、７０１……駆動制御部、７０２……バッテリ制御部、７０３……ジェネレータ制御部、７０４……エンジン制御部、７０５……モータ制御部、７０６……異常検知部、Ｃｎ……電池セル、Ｄｎ……整流素子。

Claims (5)

1. バッテリに蓄積された蓄積電力を用いてモータを駆動して走行する電動車の制御装置であって、
   前記バッテリは、直列接続された複数の電池セルと、それぞれの前記電池セルに対して並列に接続され前記電池セルの異常時に当該電池セルを迂回して電流が流れる複数の整流素子と、を有し、
   前記電池セルの異常を検知する異常検知部と、
   前記モータの出力トルクを制御するモータ制御部と、を備え、
   前記モータ制御部は、前記電池セルの異常が検知された場合、前記モータにおける回生発電を禁止する、
   ことを特徴とする電動車の制御装置。
2. 前記電動車は、エンジンと、前記エンジンにより駆動されて発電するジェネレータと、前記ジェネレータの駆動を制御するジェネレータ制御部と、前記電動車の走行速度を検知する車速検知部を更に備え、
   前記モータ制御部は、前記走行速度が所定速度以下の場合には、前記電池セルの異常検知時にも前記回生発電を許可し、
   前記ジェネレータ制御部は、前記回生発電で生じた電力を用いて前記エンジンを駆動させるよう前記ジェネレータを電動機として駆動する、
   ことを特徴とする請求項１記載の電動車の制御装置。
3. 前記モータ制御部は、前記回生発電で生じる回生トルクが所定トルク以下の場合には、前記回生発電を許可しない、
   ことを特徴とする請求項２記載の電動車の制御装置。
4. 前記ジェネレータ制御部は、前記ジェネレータによる前記エンジンの駆動が、前記回生発電よりも先に開始するよう前記ジェネレータを制御する、
   ことを特徴とする請求項２または３記載の電動車の制御装置。
5. 前記モータ制御部は、前記回生発電で生じる電力が前記ジェネレータの消費電力以下となるよう前記モータを制御する、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項記載の電動車の制御装置。

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