JP2023059533A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆起電圧の発生を抑制し、かつ、ＨＥＶ車両の部品のコストダウンを図る。【解決手段】電動車両の制御装置は、走行用モータに電力を供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリから前記走行用モータへの電力供給を制御する電力制御部と、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを接続又遮断するリレー部と、を有する電動車両の制御装置であって、システム停止要求を検知した場合に、前記リレー部を制御することにより、前記電動車両の車速が予め定めた閾値以上のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部との接続を維持し、前記電動車両の車速が前記閾値未満のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを遮断する制御部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関する。

近年、電動機及び内燃機関の二種の動力源を備えるハイブリッド車両（以下、ＨＥＶ車両ともいう）が一般に広く普及するようになってきている。ＨＥＶ車両として、例えば、シリーズ方式のハイブリッドシステムを搭載したものが知られている。

このようなハイブリッドシステムは、ユーザからのシステム起動要求を検知すると、システムメインリレー（以下、ＳＭＲともいう）を制御し、高電圧バッテリとＰＣＵ（Power Control Unit）とを接続し、ＨＥＶ車両を走行可能状態とする。また、ハイブリッドシステムは、ＨＥＶ車両の走行中や走行可能状態時に、ユーザからのシステム停止要求を検知すると、ＳＭＲを制御し、高電圧バッテリとＰＣＵとを接続する高電圧回路を遮断する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－９９１０４号公報

ところで、上述したＨＥＶ車両では、ＨＥＶ車両の走行中（モータが駆動している状態）にＳＭＲを制御し、高電圧回路を遮断してしまうと、駆動モータに発生した逆起電圧がＰＣＵ内部のコンデンサに負荷を与えてしまう可能性がある。従来、このような逆起電圧に対しては、負荷に耐え得る耐圧性能が高いコンデンサを用いることで対応している。しかしながら、このようなコンデンサは大型で非常に高価である。

本発明は、上記した課題を鑑みてなされたものであり、逆起電圧の発生を抑制し、かつ、ＨＥＶ車両の部品のコストダウンを図ることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る電動車両の制御装置は、走行用モータに電力を供給する高電圧バッテリと、前記高電圧バッテリから前記走行用モータへの電力供給を制御する電力制御部と、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを接続し、又は、前記高電圧バッテリと前記電力制御部との接続を遮断するリレー部と、を有する電動車両の制御装置であって、システム停止要求を検知した場合に、前記リレー部を制御することにより、前記電動車両の車速が予め定めた閾値以上のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部との接続を維持し、前記電動車両の車速が前記閾値未満のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを遮断する制御部を備える。

本発明によれば、逆起電圧の発生を抑制し、かつ、ＨＥＶ車両の部品のコストダウンを図ることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両の制御装置が搭載された車両の要部の構成の一例を示すブロック図である。 図２は、ＳＭＲ制御処理の一例を示すフローチャートである。

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、ハイブリッドシステム１の構成の一例を示すブロック図である。ハイブリッドシステム１は、シリーズ方式のハイブリッドシステムである。ハイブリッドシステム１は、図示しないＨＥＶ車両に搭載される。

図１に示すように、ハイブリッドシステム１は、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０、ＰＣＵ１１、ＢＭＳ（Battery Management System）１２、高電圧バッテリ１３、ＳＭＲ１４、発電モータ（ＭＧ１）１５、及び駆動モータ（ＭＧ２）１６を備える。また、ハイブリッドシステム１には、図示しないエンジンが接続される。エンジンは、例えば、ガソリンエンジンである。

ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ハイブリッドシステム１全体を統括的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、マイコン（マイクロコントローラユニット）を備えており、マイコンには、例えば、ＣＰＵ、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリおよびＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリが内蔵されている。

ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信プロトコルにより、ＰＣＵ１１及びＢＭＳ１２と、双方向通信が可能に接続されている。ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＰＣＵ１１に接続された各種センサから入力される検出信号以外に発電モータ１５及び駆動モータ１６の制御に必要な情報を、ＰＣＵ１１に入力する。

また、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＢＭＳ１２に接続された各種センサから入力される検出信号以外に、高電圧バッテリ１３の制御に必要な情報をＢＭＳ１２に入力する。また、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＳＭＲ１４のＯＮ／ＯＦＦを制御することにより、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３と間の接続及び遮断を制御する。ＳＭＲ１４の制御については、後述する。

ＰＣＵ１１は、電力制御部の一例である。ＰＣＵ１１は、発電モータ１５及び駆動モータ１６の駆動を制御するためのユニットである。ＰＣＵ１１は、ＭＧ－ＥＣＵ１１１、発電インバータ１１２、及び駆動インバータ１１３を備える。ＭＧ－ＥＣＵ１１１は、ＰＣＵ１１を統括的に制御するＥＣＵである。ＭＧ－ＥＣＵ１１１は、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０と同様に、マイコンを備えている。

ＭＧ－ＥＣＵ１１１には、発電モータ１５及び駆動モータ１６の駆動を制御するために必要な各種センサが接続されている。ＭＧ－ＥＣＵ１１１には、当該センサの検出信号が入力される。また、ＭＧ－ＥＣＵ１１１には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０から、各種センサの検出信号以外に発電モータ１５及び駆動モータ１６の制御に必要な情報が入力される。

ＭＧ－ＥＣＵ１１１は、各種検出信号及びＨＥＶ－ＥＣＵ１０から入力された情報に基づいて、発電モータ１５及び駆動モータ１６の駆動を制御する。

発電インバータ１１２は、発電モータ１５からの交流電力を直流電力に変換する。また、発電インバータ１１２は、変換した直流電力を、駆動インバータ１１３に入力する。駆動インバータ１１３は、発電インバータ１１２から入力された直流電力を交流電力に変換して、駆動モータ１６へ供給する。

ＢＭＳ１２は、高電圧バッテリ１３を制御するＥＣＵである。ＢＭＳ１２は、例えば、高電圧バッテリ１３の電圧、電流、及び温度等を検出し、高電圧バッテリ１３を過充電、過放電等から保護する制御を行う。

ＢＭＳ１２は、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０と同様に、マイコンを備えている。ＢＭＳ１２には、高電圧バッテリ１３を制御するために必要な各種センサが接続されている。ＢＭＳ１２には、当該センサの検出信号が入力される。また、ＢＭＳ１２には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０から、各種センサの検出信号以外に高電圧バッテリ１３の制御に必要な情報が入力される。

ＢＭＳ１２は、各種検出信号及びＨＥＶ－ＥＣＵ１０から入力された情報に基づいて、高電圧バッテリ１３を制御する。なお、ＢＭＳ１２は、高電圧バッテリ１３が過充電状態になっていることや過放電状態になっていることを検知することもできる。ＢＭＳ１２は、高電圧バッテリ１３が過充電状態になっていることや過放電状態になっていることを検知した場合、その旨を示す信号をＨＥＶ－ＥＣＵ１０へ入力する。

高電圧バッテリ１３は、複数の二次電池を組み合わせた組電池である。二次電池は、例えば、リチウムイオン電池である。高電圧バッテリ１３は、例えば、約２００～３５０Ｖ（ボルト）の直流電力を出力する。

ＳＭＲ１４は、リレー部の一例である。ＳＭＲ１４は、ＯＮ／ＯＦＦにより、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを接続又は遮断する。ＳＭＲ１４は、正極側ＳＭＲ１４１及び負極側ＳＭＲ１４２で構成される。高電圧バッテリ１３の正極側電源端子には、正極側電源経路Ｌ１が接続される。同様に、高電圧バッテリ１３の負極側電源端子には、負極側電源経路Ｌ２が接続される。

正極側電源経路Ｌ１には、正極側ＳＭＲ１４１が設けられる。負極側電源経路Ｌ２には、負極側ＳＭＲ１４２が設けられる。ＳＭＲ１４は、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０の制御に従ってＯＮ／ＯＦＦされ、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３と間の接続及び遮断を切り替える。

発電モータ１５は、例えば、永久磁石同期モータからなる。発電モータ１５の回転軸は、エンジンのクランクシャフトとギヤ（図示せず）を介して機械的に連結されている。例えば、エンジンのクランクシャフトにエンジン出力ギヤが相対回転不能に支持され、発電モータ１５の回転軸にモータギヤが相対回転不能に支持されて、エンジン出力ギヤとモータギヤとが噛合している。

駆動モータ１６は、走行用モータの一例である。駆動モータ１６は、例えば、発電モータ１５よりも大型の永久磁石同期モータからなる。駆動モータ１６の回転軸は、ＨＥＶ車両の駆動系（図示しない）に連結されている。駆動系には、デファレンシャルギヤが含まれており、駆動モータ１６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前輪または後輪からなる駆動輪（図示しない）に分配されて伝達される。これにより、左右の駆動輪が回転し、ＨＥＶ車両が前進または後進する。

以下、ＨＥＶ車両の動作について簡単に説明する。エンジンの始動時には、高電圧バッテリ１３から出力される直流電力が発電インバータ１１２により交流電力に変換され、交流電力が発電モータ１５に供給される。これにより、発電モータ１５が力行運転されて、エンジンが発電モータ１５によりモータリング（クランキング）される。

モータリングによりエンジンのクランクシャフトの回転数が始動に必要な回転数まで上昇した状態で、エンジンの点火プラグがスパークされると、エンジンが始動する。ＨＥＶ車両の走行時には、駆動モータ１６が力行運転されて、駆動モータ１６が動力を発生する。

駆動モータ１６に要求される出力が高電圧バッテリ１３の出力より小さいときには、ＨＥＶ車両がＥＶ走行する。すなわち、エンジンが停止されて、発電モータ１５による発電が行われず、高電圧バッテリ１３から駆動モータ１６に電力が供給されて、その電力で駆動モータ１６が駆動される。

一方、駆動モータ１６に要求される出力が高電圧バッテリ１３の出力を上回るときには、ＨＥＶ車両がＨＶ走行する。すなわち、エンジンが稼動状態にされて、発電モータ１５が発電運転（回生運転）されることにより、エンジンの動力が発電モータ１５で交流電力に変換される。

そして、発電モータ１５からの交流電力は、発電インバータ１１２に出力される。発電インバータ１１２は、発電モータ１５からの交流電力を直流電力に変換する。次いで、発電インバータ１１２は、変換した直流電力を駆動インバータ１１３に入力する。駆動インバータ１１３は、入力された直流電力を交流電力に変換し、駆動モータ１６に供給する。これにより、駆動モータ１６が駆動される。

また、高電圧バッテリ１３の残容量が所定以下に低下すると、駆動モータ１６の駆動／停止にかかわらず、エンジンが稼動している状態で、発電モータ１５が発電運転される。このとき、発電インバータ１１２は、発電モータ１５からの交流電力を直流電力に変換する。変換した直流電力が高電圧バッテリ１３に供給されることにより、高電圧バッテリ１３が充電される。

ＨＥＶの減速時には、駆動モータ１６が回生運転されて、駆動輪から駆動モータ１６に伝達される動力が交流電力に変換される。このとき、駆動モータ１６が走行駆動系の抵抗となり、その抵抗がＨＥＶ車両を制動する制動力（回生制動力）として作用する。

このとき、ＰＣＵ１１では、駆動モータ１６から駆動インバータ１１３に供給される交流電力が、発電インバータ１１２に入力され、直流電力に変換される。変換された直流電力が高電圧バッテリ１３に供給されることにより、高電圧バッテリ１３が充電される。

＜ＳＭＲ制御＞
次いで、ハイブリッドシステム１のＨＥＶ－ＥＣＵ１０が実行するＳＭＲ制御について説明する。図２は、ＳＭＲ制御の一例を示すフローチャートである。

ＳＭＲ制御は、ＳＭＲ１４のＯＮ／ＯＦＦを制御し、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを接続又は遮断する処理である。ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ハイブリッドシステム１のシステム起動要求があった場合、及びシステム停止要求があった場合、ＳＭＲ制御を実行する。

まず、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ユーザからシステム起動要求があるか否かを確認する（ステップＳ１）。具体的には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ユーザからシステムを起動する旨の操作入力の有無を確認する。システム起動要求がない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１の処理を繰り返す。一方、システム起動要求がある場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＳＭＲ１４をＯＮにし、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを接続状態にする（ステップＳ２）。

次いで、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、システム停止要求があるか否かを確認する（ステップＳ３）。具体的には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ユーザからシステムを停止する旨の操作入力の有無を確認する。なお、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、例えば加速度センサ等のセンシング結果から、ＨＥＶ車両に閾値を超える衝撃がかかったことを検出した場合等に、システム停止要求があると判断してもよい。

システム停止要求がない場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ３の処理を繰り返す。一方、システム停止要求がある場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、高電圧バッテリ１３が過充電状態になっているか否かを確認する（ステップＳ４）。具体的には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＢＭＳ１２が高電圧バッテリ１３の過充電状態を検知しているか否かを確認する。

過充電状態になっている場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＳＭＲ１４をＯＦＦにし、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを遮断し、本処理を終了する（ステップＳ８）。

一方、過充電状態になっていない場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、高電圧バッテリ１３の容量が閾値を超えているか否かを確認する（ステップＳ５）。容量が閾値を超えていない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、後述のステップＳ７の処理へ移行する。

一方、容量が閾値を超えている場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、０トルク制御を実行する（ステップＳ６）。ここで、０トルク制御とは、高電圧バッテリ１３の出力等を制御して駆動モータ１６に流れる三相電流の大きさを調整し、駆動モータ１６に発生するトルクの絶対値が０Ｎｍになるように制御する処理である。

なお、本実施形態では、ステップＳ６で、駆動モータ１６に発生するトルクの絶対値が０Ｎｍになるように制御を行うが、これに限らず、駆動モータ１６に発生するトルクの絶対値が予め定めた閾値（例えば、５Ｎｍ等）未満になるように制御してもよい。

次いで、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＨＥＶ車両が停車したか否かを確認する（ステップＳ７）。具体的には、ＨＥＶ－ＥＣＵ１０は、ＨＥＶ車両の車速を確認し、車速が０ｋｍ／ｈになった場合にＨＥＶ車両が停止したと判断する。なお、本実施形態では、ステップＳ７で、ＨＥＶ車両が停止したか否かを確認しているが、これに限らず、ＨＥＶ車両の車速が閾値（例えば、５ｋｍ／ｈ等）未満になったことを確認してもよい。

ＨＥＶ車両が停車していない場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ５の処理に移行する。一方、ＨＥＶ車両が停車した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８の処理に移行し、本処理を終了する。

＜作用効果＞
以上のように、本実施形態に係るハイブリッドシステム１によれば、システム停止要求を検知した場合でも、ＨＥＶの車速が閾値未満に下がるまで、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３との接続を維持することができる。このため、本実施形態に係るハイブリッドシステム１では、駆動モータ１６の駆動中にＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３との接続を遮断することにより生じる逆起電圧の発生を抑制することができる。

また、本実施形態に係るハイブリッドシステム１によれば、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３との接続を維持することにより、逆起電圧によって生じる循環電流を高電圧バッテリ１３側で吸収することができる。したがって、循環電流がＰＣＵ１１内部のコンデンサに与える負荷を軽減できる。これにより、本実施形態に係るハイブリッドシステム１では、コンデンサを小型化して耐圧性能を下げたとしても、耐圧不足によるコンデンサの故障頻度は少なくなる。つまり、コンデンサを小型化することにより、ＰＣＵの部品コストを低減させることができる。

また、本実施形態に係るハイブリッドシステム１によれば、システム停止要求を検知した場合に、ＨＥＶの車速が閾値未満に下がるまで、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３との接続を維持する制御と合わせて、駆動モータ１６のトルクの絶対値が閾値未満になるように、高電圧バッテリ１３の出力等を制御することができる。これにより、本実施形態に係るハイブリッドシステム１では、システムを停止したことによって生じる減速度を抑制することができる。したがって、減速度が生じることによってユーザが覚える違和感を低減することができる。

また、本実施形態に係るハイブリッドシステム１によれば、高電圧バッテリ１３が過充電状態になっている場合には、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを直ちに遮断することができる。高電圧バッテリ１３が過充電状態になっている場合に、ＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３との接続を維持すると、高電圧バッテリ１３に予期せぬ負荷がかかる可能性がある。したがって、すぐにＰＣＵ１１と高電圧バッテリ１３とを遮断することで、このような事態を防止することができる。

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：ハイブリッドシステム
１０：ＨＥＶ－ＥＣＵ
１１：ＰＣＵ
１１１：ＭＧ－ＥＣＵ
１１２：発電インバータ
１１３：駆動インバータ
１２：ＢＭＳ
１３：高電圧バッテリ
１４：ＳＭＲ
１４１：正極側ＳＭＲ
１４２：負極側ＳＭＲ
１５：発電モータ
１６：駆動モータ

Claims (5)

1. 走行用モータに電力を供給する高電圧バッテリと、
   前記高電圧バッテリから前記走行用モータへの電力供給を制御する電力制御部と、
   前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを接続又は遮断するリレー部と、
   を有する電動車両の制御装置であって、
   システム停止要求を検知した場合に、前記リレー部を制御することにより、前記電動車両の車速が予め定めた閾値以上のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部との接続を維持し、前記電動車両の車速が前記閾値未満のときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを遮断する制御部、
   を備える電動車両の制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記システム停止要求を検知した場合に、前記リレー部を制御することにより、前記電動車両が停止していないときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部との接続を維持し、前記電動車両が停止したときは、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを遮断する、
   請求項１に記載の電動車両の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記システム停止要求を検知した場合に、前記電力制御部を制御することにより、前記走行用モータのトルクの絶対値を予め定めた閾値未満にする、
   請求項１又は２に記載の電動車両の制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記システム停止要求を検知した場合に、前記電力制御部を制御することにより、前記走行用モータのトルクの絶対値を０にする、
   請求項３に記載の電動車両の制御装置。
5. 前記制御部は、
   前記高電圧バッテリの過充電状態を検知した場合、前記リレー部を制御することにより、前記電動車両の車速に関係なく、前記高電圧バッテリと前記電力制御部とを遮断する、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動車両の制御装置。

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