JP2018093630A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制御実行時に生じる車両の前後方向の振動を抑制することができる電動車両の制御装置を提供する。
【解決手段】走行用モータ３で生じる回生電力をバッテリ２に充電することで回生制動力を発生させる回生制御を実行する回生制御実行手段１２と、電池セルの電圧が上限値以上になると回生制動力を抑制する抑制制御を実行する抑制制御実行手段１３と、を有する。抑制制御実行手段１３が、抑制制御を実行した際、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了する。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行用モータ（電動機）が搭載された電動車両の制御装置に関し、より詳しくは、回生制御実行時の車両の挙動を安定させるための技術に関する。

電動車両には、例えば、走行用モータ（電動機）を駆動装置として備えた電気自動車（ＥＶ）や、走行用モータとエンジンとを駆動装置として備えたハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等がある。これらの電動車両において走行用モータは、バッテリからの電力によって電動車両を走行させるための駆動力を発生する一方、例えば、減速時等には発電機として作動して回生制動力を発生させるように構成されているものがある。

走行用モータを発電機として作動した際に生じる回生電力はバッテリに供給されてバッテリが充電される。ただし、バッテリが満充電に近くなると（バッテリの全体電圧が所定電圧に達すると）、バッテリの過充電の発生等を防止しバッテリを保護するため、回生制動力を抑制するようにしたものがある。

例えば、バッテリの電圧（全体電圧）がある電圧まで上昇したら、回生トルク（回生制動力）を制限して回生電力を低減し、バッテリの電力が消費されてバッテリ電圧が低下し、バッテリへの回生電力の充電が可能となった場合に回生トルクの制限を解除するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。

このように回生トルクの制限を適宜制御することで、バッテリの過充電を抑制することができ、車両の挙動の安定性も向上することができる。

特開２０１３−１２６３４８号公報（段落［０００５］等参照）

ところでバッテリは、複数個の電池セルを備えており、上述したバッテリの全体電圧が所定電圧に達した場合と同様に、何れかの電池セルの電圧（セル電圧）が予め設定された上限値に達すると、回生制動力を抑制する制御（抑制制御）を実行するようにしたものもある。

なおバッテリが備える各電池セルの電圧は、充放電サイクルを繰り返しているうちに、例えば、各電池セル間の温度状態や劣化状況の違い等に起因して変動して各電池セル間で電圧差が生じてしまうことがある。このように各電池セル間の電圧差が生じた状態では、バッテリの電圧（全体電圧）は、回生制動力を抑制する必要がない状態であっても、上述のようにセル電圧が上限値に達して抑制制御が実行されることがある。

そして、セル電圧が上限値に達して抑制制御が実行されると、回生電力が減少することに起因して各電池セルの電圧がわずかに低下することがある。この電圧低下により、上限値に達していたセル電圧が、上限値よりも低くなり抑制制御が終了する。そして回生電力が増加してセル電圧が再び上限値に達し、抑制制御が再度実行されることになる。

このようなセル電圧の変動に伴う抑制制御の実行・停止が繰り返されると、車両に前後方向の振動（いわゆるしゃくり現象）が生じてしまい、車両の挙動が安定しない虞がある。なおこのような問題は、バッテリ（電池セル）が劣化した状態やバッテリ（電池セル）の温度が低い状態で特に生じ易い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回生制御実行時に生じる車両の前後方向の振動を抑制することができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、充電可能な複数の電池セルを備えるバッテリと、該バッテリから供給される電力により駆動される走行用モータと、を備える電動車両の制御装置であって、前記走行用モータで生じる回生電力を前記バッテリに充電することで回生制動力を発生させる回生制御を実行する回生制御実行手段と、前記バッテリの電圧が上限値以上になると前記回生制動力を抑制する抑制制御を実行する抑制制御実行手段と、を有し、前記抑制制御実行手段は、前記抑制制御を実行すると、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了することを特徴とする電動車両の制御装置にある。

ここで、前記抑制制御実行手段は、前記走行用モータが力行状態となったことを条件に前記抑制制御を終了することが好ましい。

また制御装置がアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、前記抑制制御実行手段は、前記アクセルペダルの開度が所定値以上になったことを条件に前記抑制制御を終了することが好ましい。

また制御装置が前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段を備え、前記抑制制御実行手段は、前記バッテリの温度が所定温度以下である場合に、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了することが好ましい。

さらに制御装置が前記バッテリの劣化状態を検出する劣化状態検出手段を備え、前記抑制制御実行手段は、前記劣化状態検出手段の検出結果に基づいて前記バッテリが劣化していると判断した場合に、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了することが好ましい。

かかる本発明では、セル電圧の低下に伴い抑制制御を実行した際、走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了するようにしたので、セル電圧の変動に伴って抑制制御の実行・停止が繰り返されることがない。したがって、車両に生じる前後方向の振動（いわゆるしゃくり現象）を抑制でき、車両の挙動を安定させることができる。

また走行用モータの動作に基づいて抑制制御を終了できるため、抑制制御を開始後、バッテリの状態を監視する必要がない。このため、抑制制御を実行する際の制御負荷を抑えることもできる。

本発明に係る電動車両の概略構成を示す図である。 車両に搭載されるバッテリの一例を示す概略図である。 本発明の実施形態１に係る電動車両の制御装置を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る抑制制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る電動車両の制御装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
まずは、本実施形態に係る電動車両の全体構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る電動車両１は、電気自動車（ＥＶ）であり、充電可能な二次電池であるバッテリ２と、このバッテリ２からの電力供給により作動する電動機である走行用モータ３と、を備えている。

走行用モータ３は、例えば、自動変速機４を介して駆動輪（本実施形態では、前輪）５に連結されている。走行用モータ３は、自動変速機４を介して駆動輪５を駆動させる一方、いわゆる回生制御実行時には、駆動輪５からの回転を受けて発電し、その電力をバッテリ２に供給する。

ここで、バッテリ２は、図２に示すように、複数個の電池セル６を備える複数の電池セルユニット７で構成されており、各電池セル６は、図示は省略するがバスバー等によって直列に接続されている。これら複数の電池セルユニット７は収容ケース８内に収容され、収容ケース８は蓋部材９によって塞がれている。

また車両１は、車両１に搭載された各種装置を総括的に制御する制御部１０を備えている。制御部１０は、車両１に設けられた各種センサからの信号に基づいて車両１の運転状態を把握し、それに基づいて各種装置を総括的に制御する。

制御部１０は、図３に示すように、電動車両１に設けられた各種センサ、例えば、アクセルペダル３１のストローク（ＡＰＳ）を検出するアクセルペダルストロークセンサ（アクセル開度検出手段）３２、ブレーキペダル３３のストローク（ＢＰＳ）を検出するブレーキペダルストロークセンサ３４、電動車両１の車速を検出する車速センサ３５、電動車両１の加速度を検出する加速度センサ３６と、走行用モータ３の回転数を検出する回転数検出センサ３７、バッテリ２の電圧（全体電圧及びセル電圧）を検出するバッテリ電圧センサ（バッテリ電圧検出手段）３８、バッテリ２の温度を検出するバッテリ温度センサ（バッテリ温度検出手段）３９、電動車両１の車体の傾き（路面の勾配）を検出する勾配センサ４０等からの信号に基づいて電動車両１の走行状態を的確に把握し、それに基づいて走行用モータ３を含む車両１の各種装置を総合的に制御する。なお上記の各種センサ類は、既存のものを採用すればよい。

そして、この制御部１０が、本発明に係る制御装置を構成する。例えば、走行用モータ３で生じる回生電力をバッテリ２に充電することで回生制動力を発生させる、いわゆる回生制御についても、この制御部１０が適宜実行する。さらには、回生制御の実行時、例えば、バッテリ２を構成する何れかの電池セル６の電圧（セル電圧）が、予め設定されている上限値以上になると回生制動力を抑制する抑制制御も、この制御部１０によって実行される。

詳しくは、図３に示すように、制御部１０は、走行用モータ３が出力するトルクを適宜制御するモータ制御手段１１を備えている。モータ制御手段１１は、乗員のペダル操作（例えば、アクセルペダル３１の開度）に応じた電力を、バッテリ２から走行用モータ３に供給して走行用モータ３の作動状態を制御する。

またモータ制御手段１１は、回生制御実行手段１２と、抑制制御実行手段１３と、を含んでいる。回生制御実行手段１２は、例えば、電動車両１の減速時や、下り坂走行時等に、いわゆる回生制御を実行する。例えば、下り坂等においてアクセルペダルストロークセンサ３２からの信号に基づいてアクセルペダル３１の踏み込みが解除されたことを検出すると、回生制御実行手段１２が回生制御を実行する。回生制御が実行されると、駆動輪５の回転によって走行用モータ３が発電し、発電した電力（回生電力）をバッテリ２に適宜充電することで、走行用モータ３が所望量の回生制動力（回生トルク：負のトルク）を出力する。

抑制制御実行手段１３は、回生制御実行手段１２による回生制御の実行中にバッテリ２を構成する電池セル６の何れかの電圧（セル電圧）が予め設定された上限値以上になると、回生制動力を抑制する抑制制御を実行する。詳しくは、抑制制御実行手段１３は、バッテリ電圧センサ３８からの信号に基づいて何れかの電池セル６の電圧が上限値以上になったと判断すると、抑制制御を実行して回生制動力を抑制することで、回生電力でのバッテリ２の充電量を減少させる。つまり抑制制御実行手段１３は、回生制動力を抑制して、バッテリ２を構成する各電池セル６の電圧が増加しないようにする。このように回生制動力を抑制することで、バッテリ２を構成する各電池セル６の過充電を防止することができる。
なおセル電圧の「上限値」は、特に限定されず、電池セル６の充電容量等の特性に応じて適宜設定されればよい。

また抑制制御実行手段１３は、抑制制御を実行すると、その後、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了する。抑制制御の開始後、バッテリ２を構成する各電池セル６の電圧が上限値よりも低くなった段階で、抑制制御を終了して回生制動力を増加することもできる。しかしながら、抑制制御実行手段１３は、セル電圧が上限値よりも低くなっても抑制制御を継続し、走行用モータ３が力行状態あるいはクリープ状態となり、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に、抑制制御を終了する。なお、ここでいうクリープ状態とは、アクセルペダル３１及びブレーキペダル３３が踏み込まれていない状態で、走行用モータ３のトルクによって車両１が極低速で前進している状態をいう。

さらに、抑制制御実行手段１３は、本実施形態では、アクセルペダル３１の開度に応じて走行用モータ３が正のトルクを出力したか否かを判定し、走行用モータ３が正のトルクを出力したと判定した場合に、抑制制御を終了する。より具体的には、アクセルペダル３１が踏み込まれ、アクセルペダル３１の開度が予め設定された所定値以上となった場合に、抑制制御実行手段１３は、走行用モータ３が正のトルクを出力したと判断し、抑制制御を終了する。
勿論、抑制制御実行手段１３は、走行用モータ３のトルクを検出して、その検出結果から、走行用モータ３が正のトルクを出力したか否かを判断するようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る抑制制御の一例について、図４のフローチャートを参照して更に説明する。
図４に示すように、まず電動車両１の走行中の所定のタイミングで、回生制御が実行されると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、次いでステップＳ２でバッテリ２を構成する何れかの電池セル６の電圧が、予め設定された上限値に達したか否かを判定する。そして何れかの電池セル６の電圧が上限値に達すると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３で抑制制御を実行して回生制動力を抑制することで、回生電力でのバッテリ２の充電量を減少させる。つまり回生電力でのバッテリ２の充電量を減少させ、各電池セル６の電圧が実質的に増加しないようにする。次いで、アクセルペダル３１の開度が、所定値以上となったか否かを判定する（ステップＳ４）。すなわちステップＳ４では、アクセルペダル３１の開度に応じて走行用モータ３が正のトルクを出力したか否かを判定する。ここでアクセルペダル３１の開度が、所定値に達していない場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、抑制制御の実行を継続する（ステップＳ３）。一方、アクセルペダル３１の開度が所定値以上となると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、走行用モータ３が正のトルクを出力したと判断して、抑制制御を終了する（ステップＳ５）。

以上説明したように、本実施形態では、セル電圧が上限値に達して抑制制御を実行した際、走行用モータ３が正のトルクを出力した場合に抑制制御を終了するようにした。走行用モータ３が正のトルクを出力することで、各電池セル６の電圧は大きく低下し、上限値から十分に乖離した状態となる。このため、抑制制御の終了に伴い回生電力が増加しても、セル電圧が早期に上限値に達することはない。

したがって、セル電圧の変動に伴って抑制制御の実行・停止が繰り返されることがない。よって、回生制御実行時に車両１に生じる前後方向の振動（いわゆるしゃくり現象）を抑制でき、車両１の挙動を安定させることができる。

また走行用モータ３の動作に基づいて抑制制御を終了できるため、抑制制御を開始後、バッテリ２の状態を監視する必要がない。このため、回生制御及び抑制制御を実行する際の制御負荷を抑えることもできる。特に、本実施形態では、アクセルペダル３１の開度をトリガとして抑制制御を終了するようにしたので、制御負荷をさらに抑制することができる。

なお本実施形態では、セル電圧が上限値に達して抑制制御を実行した際、バッテリ２の状態に拘わらず、走行用モータ３が正のトルクを出力した場合に抑制制御を終了するようにしたが、バッテリ２（電池セル６）の温度が所定温度以下である場合に、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了してもよい。具体的には、バッテリ温度センサ３９の検出結果に基づいてバッテリ２（電池セル６）の温度が所定温度以下である場合に、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件として、抑制制御実行手段１３が抑制制御を終了する。一方、バッテリ２（電池セル６）の温度が所定温度よりも高い場合には、電池セル６の電圧が上限値よりも低くなったときに抑制制御を終了する。

上述した車両１に生じる前後方向の振動（いわゆるしゃくり現象）は、バッテリ２（電池セル６）の温度が低く内部抵抗が大きい場合に生じ易い。このため、バッテリ２（電池セル６）の温度が所定温度以下である場合にのみ、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了するようにしても、回生制御実行時の車両１の前後方向の振動を適切に抑制することができる。また回生制御及び抑制制御を実行する際の制御負荷をより確実に抑えることができる。

（実施形態２）
図５は、実施形態２に係る電動車両の制御装置の概略構成を示すブロック図である。なお実施形態１と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図５に示すように、本実施形態に係る制御部１０は、バッテリ２（電池セル６）の劣化状態を検出する劣化状態検出手段１５をさらに備えている。劣化状態検出手段１５は、本実施形態では、電池劣化状態としてバッテリ２のいわゆる容量劣化を検出するが、例えば、バッテリ容量劣化と共に、いわゆる抵抗劣化を検出するようにしてもよい。なお電池劣化状態の検出は、常法に従って行うことができる。

抑制制御実行手段１３は、劣化状態検出手段１５の検出結果に基づいてバッテリ２（電池セル６）が劣化していると判断した場合に、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了する。一方、バッテリ２（電池セル６）が劣化していないと判断した場合には、電池セル６の電圧が上限値よりも低くなったときに抑制制御を終了する。
なおバッテリ２（電池セル６）が劣化しているか否かの判断基準は、バッテリ２の特性等に基づいて予め設定されている。

上述した車両１に生じる前後方向の振動（いわゆるしゃくり現象）は、バッテリ２（電池セル６）が劣化して内部抵抗が大きい場合に生じ易い。このため、バッテリ２（電池セル６）が劣化している場合にのみ、走行用モータ３が正のトルクを出力したことを条件に抑制制御を終了するようにしても、回生制御実行時の車両１の前後方向の振動を適切に抑制することができる。また回生制御及び抑制制御を実行する際の制御負荷をより確実に抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
上述の実施形態では、電動車両の一例として、走行用モータを備える電気自動車（ＥＶ）を例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、各種の電動車両に適用可能である。本発明は、例えば、走行用モータと共にエンジン（内燃機関）を駆動装置として備えるハイブリッド車両等にも適用することができるものである。

１ 電動車両（車両）
２ バッテリ
３ 走行用モータ
４ 自動変速機
５ 駆動輪（前輪）
６ 電池セル
７ 電池セルユニット
８ 収容ケース
９ 蓋部材
１０ 制御部
１１ モータ制御手段
１２ 回生制御実行手段
１３ 抑制制御実行手段
１５ 劣化状態検出手段
３１ アクセルペダル
３２ アクセルペダルストロークセンサ
３３ ブレーキペダル
３４ ブレーキペダルストロークセンサ
３５ 車速センサ
３６ 加速度センサ
３７ 回転数検出センサ
３８ バッテリ電圧センサ
３９ バッテリ温度センサ
４０ 勾配センサ

Claims (5)

1. 充電可能な複数の電池セルを備えるバッテリと、該バッテリから供給される電力により駆動される走行用モータと、を備える電動車両の制御装置であって、
   前記走行用モータで生じる回生電力を前記バッテリに充電することで回生制動力を発生させる回生制御を実行する回生制御実行手段と、
   前記電池セルの電圧が上限値以上になると前記回生制動力を抑制する抑制制御を実行する抑制制御実行手段と、を有し、
   前記抑制制御実行手段は、前記抑制制御を実行すると、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
   前記抑制制御実行手段は、前記走行用モータが力行状態となったことを条件に前記抑制制御を終了する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両の制御装置において、
   アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、
   前記抑制制御実行手段は、前記アクセルペダルの開度が所定値以上になったことを条件に前記抑制制御を終了する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段を備え、
   前記抑制制御実行手段は、前記バッテリの温度が所定温度以下である場合に、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の電動車両の制御装置において、
   前記バッテリの劣化状態を検出する劣化状態検出手段を備え、
   前記抑制制御実行手段は、前記劣化状態検出手段の検出結果に基づいて前記バッテリが劣化していると判断した場合に、前記走行用モータが正のトルクを出力したことを条件に前記抑制制御を終了する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
   

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