JP2021054331A - 電動車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動用モータの回生運転の制限による電動車両の減速度の低下を抑制できる、電動車両用制御装置を提供する。【解決手段】駆動用モータの回生運転時に、バッテリの充電状態が所定状態である場合、発電用モータがモータリング運転される。モータリング運転の開始後、回生電力がモータリング運転による消費電力であるＭＧ１放電電力を上回る場合には（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電動ウォータポンプの回転数が上げられる（Ｓ１５）。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）やハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）などの電動車両に用いられる制御装置に関する。

従来、ハイブリッドシステムを駆動系に採用した車両、いわゆるハイブリッド車が知られている。

ハイブリッドシステムの一例では、エンジンの動力が発電用のモータ（ＭＧ１）で電力に変換され、その電力が駆動用のモータ（ＭＧ２）の駆動に使用されて、駆動用のモータの動力が駆動輪に伝達される。また、車両の減速時には、駆動用のモータが回生運転されることにより、駆動輪から駆動用のモータに伝達される動力が電力に変換される。このとき、駆動用のモータが走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が車両を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動用のモータが発生する電力は、電池に蓄えられて、駆動用のモータの駆動に利用される。これにより、車両の走行燃費が向上する。

ところが、電池の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（State Of Charge）が上限に達すると、電池が電力を受け入れることができなくなる。これを回避するため、電池のＳＯＣが一定値に到達すると、駆動用のモータの回生運転により発生する電力で発電用のモータを駆動して、エンジンをモータリングすることが提案されている。

特開平５−２５２６０６号公報

しかしながら、エンジンのモータリングにより発電用のモータで消費される電力よりも駆動用のモータによる発電電力の方が大きい場合、モータリングが実施されても、電池のＳＯＣが上限に到達する。この場合、駆動用のモータの回生運転を制限せざるを得ず、その制限により回生制動力が低下して減速度が低くなるので、車両のドライバ（運転者）に違和感を与えてしまう。

本発明の目的は、駆動用モータの回生運転の制限による電動車両の減速度の低下を抑制できる、電動車両用制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両用制御装置は、エンジンの動力で電力を発生する発電運転およびエンジンをモータリングするモータリング運転が可能である発電用モータと、力行のための動力を発生する力行運転および減速走行時の動力で電力を発生する回生運転が可能である駆動用モータと、発電運転により発生する電力および回生運転により発生する電力により充電され、モータリング運転および力行運転により電力が消費される電池と、電池と発電用モータおよび駆動用モータとの間で、直流電力を変圧するコンバータおよび直流電力と交流電力とを相互に変換するインバータを備えるパワーコントロールユニットと、電動ウォータポンプの作動によりパワーコントロールユニットに冷却水を流通させる冷却系とを搭載した電動車両に用いられる制御装置であって、駆動用モータの回生運転時に、電池の充電状態が所定状態である場合、発電用モータをモータリング運転させ、モータリング運転の開始後、回生運転による発電電力とモータリング運転による消費電力とを比較して、回生運転による発電電力がモータリング運転による消費電力よりも大きい場合、電動ウォータポンプの回転数を上昇させる。

この構成によれば、駆動用モータの回生運転時に、電池の充電状態が所定状態である場合、発電用モータがモータリング運転される。モータリング運転の開始後、回生運転による発電電力がモータリング運転による消費電力を上回る場合には、電動ウォータポンプの回転数が上げられる。これにより、電動ウォータポンプの消費電力が増加し、電池から消費される電力が増加する。その結果、駆動用モータの回生運転が制限されることを抑制でき、回生運転の制限による電動車両の減速度の低下を抑制できる。また、パワーコントロールユニットを流通する冷却水の流量が増えるので、パワーコントロールユニットの冷却を促進することができる。

電動ウォータポンプの回転数が上昇されてもなお、回生運転による発電電力がモータリング運転による消費電力および電動ウォータポンプの消費電力の和を上回る場合、パワーコントロールユニットでの電力損失が増大されることが好ましい。

これにより、電池から消費される電力がさらに増大する。その結果、駆動用モータの回生運転が制限されることをさらに抑制でき、回生運転の制限による電動車両の減速度の低下を一層抑制できる。

しかも、パワーコントロールユニットでの電力損失の増大前に、パワーコントロールユニットの冷却が進んでいるので、その電力損失の増大により発熱量が増大しても、パワーコントロールユニットが異常高温状態となることを抑制できる。よって、パワーコントロールユニットの熱破壊の発生を抑制できる。

本発明によれば、パワーコントロールユニットが異常高温状態となることを抑制しながら、駆動用モータの回生運転が制限されることを抑制でき、ひいては、回生運転の制限による電動車両の減速度の低下を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る電動車両の構成を示すブロック図である。 電動車両１のＰＣＵ冷却系の構成を図解的に示す図である。 放電制御処理の流れを示すフローチャート（その１）である。 放電制御処理の流れを示すフローチャート（その２）である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜ハイブリッドシステムの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１の構成を示すブロック図である。

電動車両１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムを採用しており、エンジン（Ｅ／Ｇ）２、発電用モータ（ＭＧ１）３および駆動用モータ（ＭＧ２）４を搭載している。

エンジン２は、たとえば、ガソリンエンジンであり、エンジン２の燃焼室への吸気量を調整するための電子スロットルバルブ、燃料を吸入空気に噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）および燃焼室内に電気放電を生じさせる点火プラグなどを備えている。

発電用モータ３は、たとえば、永久磁石同期モータからなる。発電用モータ３の回転軸は、エンジン２のクランクシャフトと機械的に連結されている。

駆動用モータ４は、たとえば、発電用モータ３よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動用モータ４の回転軸は、動力伝達機構に連結されている。動力伝達機構には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動用モータ４の動力は、デファレンシャルギヤに伝達され、デファレンシャルギヤから左右の駆動輪（前輪または後輪）５に分配される。

また、電動車両１には、ＰＣＵ（Power Control Unit：パワーコントロールユニット）６およびバッテリ（ＢＡＴ）７が搭載されている。

ＰＣＵ６は、発電用モータ３および駆動用モータ４の駆動を制御するためのユニットであり、ＭＧ１用インバータ（ＩＮＶ１）１１、ＭＧ２用インバータ（ＩＮＶ２）１２および昇圧コンバータ（ＢｓｔＣＯＮＶ）１３を備えている。ＭＧ１用インバータ１１およびＭＧ２用インバータ１２は、２個のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の直列回路をＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設け、それらの直列回路を互いに並列に接続した回路構成を有している。

バッテリ７は、複数の二次電池を組み合わせた組電池であり、たとえば、約２００〜３５０Ｖの直流電力を出力する。

電動車両１の加速走行時には、駆動用モータ４が力行運転されて、駆動用モータ４が力行のための動力を発生する。このとき、バッテリ７から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３により昇圧されて、昇圧された直流電力がＭＧ２用インバータ１２で三相交流電力に変換され、その三相交流電力が駆動用モータ４に供給される。これにより、バッテリ７の電力が消費される。

また、電動車両１の走行開始時には、バッテリ７から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３により昇圧されて、昇圧された直流電力がＭＧ１用インバータ１１で三相交流電力に変換され、三相交流電力が発電用モータ３に供給される。これにより、エンジン２が発電用モータ３によりモータリングされる。このモータリングによりエンジン２のクランクシャフトが回転し（クランキング）、その回転数が始動に必要な回転数まで上昇すると、エンジン２に燃料が噴射されて、エンジン２の点火プラグがスパークされて、エンジン２が始動（ファイアリング）される。

エンジン２が動作している状態で、発電用モータ３が発電運転されることにより、発電用モータ３が三相交流電力を発生する。発電用モータ３が発電する三相交流電力は、ＭＧ１用インバータ１１により、直流電力に変換される。そして、ＭＧ１用インバータ１１から出力される直流電力がＭＧ２用インバータ１２で三相交流電力に変換され、三相交流電力が駆動用モータ４に供給される。また、駆動用モータ４への電力の供給が不要なときには、ＭＧ１用インバータ１１から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３で降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ７に供給されることにより、バッテリ７が充電される。

電動車両１の減速走行時には、駆動用モータ４が回生運転されて、駆動輪５から駆動用モータ４に伝達される動力が三相交流電力に変換される。このとき、駆動用モータ４が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗が電動車両１を制動する制動力（回生制動力）として作用する。駆動用モータ４が発生する三相交流電力は、ＭＧ２用インバータ１２により、直流電力に変換される。そして、ＭＧ２用インバータ１２から出力される直流電力が昇圧コンバータ１３で降圧されて、降圧後の直流電力がバッテリ７に供給されることにより、バッテリ７が充電される。

＜ＰＣＵ冷却系＞
図２は、電動車両１のＰＣＵ冷却系２１の構成を図解的に示す図である。

電動車両１には、エンジン２を冷却するエンジン冷却系（図示せず）と、ＰＣＵ６を冷却するＰＣＵ冷却系２１とが設けられている。

ＰＣＵ冷却系２１は、冷却水が流通する冷却水循環路２２を備えている。冷却水循環路２２の途中部は、ＰＣＵ６を経由している。冷却水循環路２２上には、リザーブタンク（Ｒ／Ｔ）２３、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２４およびラジエータ２５が設けられている。電動ウォータポンプ２４の動作により、冷却水循環路２２を冷却水が循環する。リザーブタンク２３、電動ウォータポンプ２４およびラジエータ２５は、冷却水循環路２２における冷却水の流通方向において、ＰＣＵ６からその順に配置されている。

電動ウォータポンプ２４の動作により、リザーブタンク２３から冷却水が吸い出されて、その冷却水が冷却水循環路２２をラジエータ２５に向けて流れる。冷却水は、ラジエータ２５内の流路に入口２６から流入し、その流路を出口２７に向けて流れる。電動車両１の走行中は、走行風がラジエータ２５に当たり、走行風とラジエータ２５内の流路を流通する冷却水との間で熱交換が行われる。電動車両１の停車時には、ラジエータ２５に走行風が当たらないので、ラジエータ２５に対向して配置されたラジエータファン２８が駆動される。これにより、ラジエータファン２８による送風がラジエータ２５に当たり、その送風とラジエータ２５内の流路を流通する冷却水との間で熱交換が行われる。

ラジエータ２５の出口２７から冷却水循環路２２に流出する冷却水は、リザーブタンク２３に戻るまでの間に、ＰＣＵ６を経由する。冷却水がＰＣＵ６を経由するときに、冷却水とＰＣＵ６との間で熱交換が行われ、ＰＣＵ６が冷却される。

＜制御系＞
また、電動車両１には、マイコンを含む構成のＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）が備えられている。図２には、ＰＣＵ６および電動ウォータポンプ２４を制御するための１つのＥＣＵ３１のみが示されているが、電動車両１には、各部を制御するため、複数のＥＣＵが搭載されている。ＥＣＵ３１を含む複数のＥＣＵは、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルによる双方向通信が可能に接続されている。

ＥＣＵ３１には、制御に必要な各種センサが接続されている。ＥＣＵ３１には、たとえば、冷却水循環路２２からＰＣＵ６に流入する冷却水の温度（以下、単に「冷却水温度」という。）を検出する冷却水温度センサ３３と、ＰＣＵ６のＭＧ１用インバータ１１およびＭＧ２用インバータ１２を構成するＩＧＢＴの温度を検出するＩＧＢＴ温度センサ３４とが接続されている。

＜放電制御処理＞
図３Ａおよび図３Ｂは、放電制御処理の流れを示すフローチャートである。

電動車両１では、その走行中、アクセルペダルが踏み込まれた状態からその踏み込みが緩められる操作、つまりアクセル戻し操作が行われると、ＥＣＵ３１によりＰＣＵ６が制御されて、駆動用モータ４が回生運転される。この駆動用モータ４の回生運転中、ＥＣＵ３１により、図３Ａおよび図３Ｂに示される放電制御処理が所定の周期で実行される。

放電制御処理では、バッテリ７の充電状態が満充電状態であるか否かが判断される（ステップＳ１１）。たとえば、ＥＣＵ３１により、バッテリ７の充電状態を示すＳＯＣ（State Of Charge）が監視されており、ＳＯＣが所定値以上である場合、バッテリ７の充電状態が満充電状態であると判断される。ＳＯＣは、バッテリ７の充電容量に対する充電残量の比率である。

バッテリ７の充電状態が満充電状態である場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、発電用モータ３がエンジン２をモータリングするモータリング運転が行われる（ステップＳ１２）。発電用モータ３のモータリング運転により、バッテリ７の電力が消費されるので、このモータリング運転は、バッテリ７の放電のための発電用モータ３の運転（ＭＧ１放電運転）であるといえる。

また、バッテリ７の充電状態が満充電状態でない場合（ステップＳ１１のＮＯ）には、駆動用モータ４の回生運転による発電電力（以下、「回生電力」という。）がバッテリ７に受け入れ可能な受入可能電力よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ１３）。そして、回生電力が受入可能電力よりも大きい場合にも（ステップＳ１３のＹＥＳ）、発電用モータ３がモータリング運転される（ステップＳ１２）。

その後、回生電力がモータリング運転による消費電力、つまりＭＧ１放電運転によりバッテリ７から放電されるＭＧ１放電電力よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ１４）。

回生電力がＭＧ１放電電力よりも大きい場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、電動ウォータポンプ２４の回転数が上げられる（ステップＳ１５）。そして、回生電力がＭＧ１放電電力と電動ウォータポンプ２４による消費電力（以下、「電動Ｗ／Ｐ消費電力」という。）との和よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ１６）。

回生電力がＭＧ１放電電力と電動Ｗ／Ｐ消費電力との和よりも大きい場合（ステップＳ１６のＹＥＳ）、冷却水温度センサ３３によって検出される冷却水温度が所定温度未満であるか否かが判断される（ステップＳ１７）。冷却水温度が所定温度未満である場合（ステップＳ１７のＹＥＳ）、引き続いて、昇圧コンバータ１３による昇圧後の昇圧電圧が所定電圧未満であるか否かが判断される（ステップＳ１８）。

そして、昇圧電圧が所定電圧未満であれば（ステップＳ１８のＹＥＳ）、昇圧コンバータ１３による昇圧幅が大きくされて、昇圧電圧が上げられる（ステップＳ１９）。昇圧電圧の上昇により、昇圧コンバータ１３での電力損失が大きくなる。また、ＭＧ１用インバータ１１およびＭＧ２用インバータ１２に供給される電圧が最適な電圧より高くなるので、ＩＧＢＴの発熱などにより電力が消費されて、ＭＧ１用インバータ１１およびＭＧ２用インバータ１２での電力損失が大きくなる。

その後、回生電力がＭＧ１放電電力と電動Ｗ／Ｐ消費電力とＰＣＵ６による電力損失の増大分（以下、「ＰＣＵ損失」という。）との和よりも大きいか否かが判断される（ステップＳ２０）。そして、回生電力がＭＧ１１放電電力と電動Ｗ／Ｐ消費電力とＰＣＵ損失との和よりも大きい場合には（ステップＳ２０のＹＥＳ）、回生電力が低減されて（ステップＳ２１）、この放電制御処理が終了される。

一方、回生電力がバッテリ７の受入可能電力以下であるか（ステップＳ１３のＮＯ）、回生電力がＭＧ１放電電力以下であるか（ステップＳ１４のＮＯ）、回生電力がＭＧ１１放電電力と電動Ｗ／Ｐ消費電力との和以下であるか（ステップＳ１６のＮＯ）、または、回生電力がＭＧ１１放電電力と電動Ｗ／Ｐ消費電力とＰＣＵ損失との和以下である場合には（ステップＳ２０のＮＯ）、回生電力は低減されず、電動車両１に要求される回生制動力に応じた回生電力（要求通りの回生電力）を駆動用モータ４が発生するように、駆動用モータ４の回生運転が制御されて（ステップＳ２２）、放電制御処理が終了される。

＜作用効果＞
以上のように、駆動用モータ４の回生運転時に、バッテリ７の充電状態が所定状態である場合、具体的には、バッテリ７の充電状態が満充電状態であるか、または、バッテリ７の受入可能電力が駆動用モータ４が発生する回生電力を下回る場合、発電用モータ３がモータリング運転される。モータリング運転の開始後、回生電力がモータリング運転による消費電力であるＭＧ１放電電力を上回る場合には、電動ウォータポンプ２４の回転数が上げられる。これにより、電動ウォータポンプ２４の消費電力が増加し、バッテリ７から消費される電力が増加する。また、ＰＣＵ６を流通する冷却水の流量が増えるので、ＰＣＵ６の冷却が促進される。

電動ウォータポンプ２４の回転数が上昇されてもなお、回生電力がＭＧ１放電電力と電動ウォータポンプ２４の消費電力である電動Ｗ／Ｐ消費電力との和を上回る場合、昇圧コンバータ１３による昇圧後の電圧が引き上げられて、ＰＣＵ６での電力損失が増大される。これにより、バッテリ７から消費される電力がさらに増大する。その結果、駆動用モータ４の回生運転が制限されることを抑制でき、回生運転の制限による電動車両１の減速度の低下を抑制できる。

しかも、ＰＣＵ６での電力損失の増大前に、ＰＣＵ６の冷却が進んでいるので、その電力損失の増大により発熱量が増大しても、ＰＣＵ６が異常高温状態となることを抑制できる。よって、ＰＣＵ６の熱破壊の発生を抑制できる。

＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、冷却水温度センサ３３によって検出される冷却水温度が所定温度未満であり（ステップＳ１７のＹＥＳ）、昇圧電圧が所定電圧未満である場合に（ステップＳ１８のＹＥＳ）、昇圧電圧が上げられるとした（ステップＳ１９）。これに代えて、ＩＧＢＴ温度センサ３４によって検出される温度が所定温度未満であり、昇圧電圧が所定電圧未満である場合に、昇圧電圧が上げられてもよい。また、冷却水温度が所定温度未満であるか、または、ＩＧＢＴ温度センサ３４によって検出される温度が所定温度未満であり、昇圧電圧が所定電圧未満である場合に、昇圧電圧が上げられてもよい。

また、電動車両１では、駆動用モータ４の回生運転の制御モードとして、通常回生モードと強回生モードとが設けられていてもよい。この場合、通常回生モードと強回生モードとを切り替えるために、たとえば、車室内の運転席に着座した運転者が操作可能な位置には、回生切替スイッチが設けられている。回生切替スイッチが押操作される度に、ＥＣＵ３１による回生運転の制御モードが通常回生モードと強回生モードとに切り替わる。通常回生モードでは、駆動用モータ４の回生運転による発電電力（回生電力）が発電用モータ３のモータリング運転による消費電力（ＭＧ１放電電力）を超えない。一方、強回生モードでは、駆動用モータ４の回生運転による発電電力が発電用モータ３のモータリング運転による消費電力を超える場合がある。したがって、前述の放電制御処理は、駆動用モータ４の強回生モードでの回生運転時に実行されるとよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１：電動車両
２：エンジン
３：発電用モータ
４：駆動用モータ
６：ＰＣＵ
７：バッテリ（電池）
２１：ＰＣＵ冷却系（冷却系）
２４：電動ウォータポンプ
３１：ＥＣＵ（制御装置）

Claims (2)

1. エンジンの動力で電力を発生する発電運転および前記エンジンをモータリングするモータリング運転が可能である発電用モータと、
   力行のための動力を発生する力行運転および減速走行時の動力で電力を発生する回生運転が可能である駆動用モータと、
   前記発電運転により発生する電力および前記回生運転により発生する電力により充電され、前記モータリング運転および前記力行運転により電力が消費される電池と、
   前記電池と前記発電用モータおよび前記駆動用モータとの間で、直流電力を変圧するコンバータおよび直流電力と交流電力とを相互に変換するインバータを備えるパワーコントロールユニットと、
   電動ウォータポンプの作動により前記パワーコントロールユニットに冷却水を流通させる冷却系とを搭載した電動車両に用いられる制御装置であって、
   前記駆動用モータの前記回生運転時に、前記電池の充電状態が所定状態である場合、前記発電用モータを前記モータリング運転させ、
   前記モータリング運転の開始後、前記回生運転による発電電力と前記モータリング運転による消費電力とを比較して、前記回生運転による発電電力が前記モータリング運転による消費電力よりも大きい場合、前記電動ウォータポンプの回転数を上昇させる、制御装置。
2. 前記電動ウォータポンプの回転数の上昇後、前記回生運転による発電電力と前記モータリング運転による消費電力および前記電動ウォータポンプの消費電力の和とを比較して、前記回生運転による発電電力が前記和よりも大きい場合、前記パワーコントロールユニットでの電力損失を増大させる、請求項１に記載の制御装置。

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