JP2661018B2

JP2661018B2 - 電気自動車の制御装置

Info

Publication number: JP2661018B2
Application number: JP61221724A
Authority: JP
Inventors: 誠志中村; 虎彦佐々木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPS6377304A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は電気自動車の制御装置、特に電解液循環型の
亜鉛−臭素電池をエネルギ源とする電気自動車におい
て、電池内の電解液を供給するポンプやモータなどの各
構成装置の動作制御を行う電気自動車の制御装置に関す
る。［従来の技術］電気自動車は電池をエネルギ源としており、エネルギ
事情や大気汚染対策などの理由からその開発が最近強く
要望されている。特に、エネルギ源としての電池には電
力容量，持続性などの性能やコストの低いことが要請さ
れており、近年ではエネルギ密度が高く、低コストにて
得られる亜鉛−臭素電池が多く用いられ、この亜鉛−臭
素電池及びこの電池に関連する技術の改良がなされてい
る。第９図には、従来の電解液循環型の亜鉛−臭素電池が
示されており、図において、反応槽１内の両側には正極
1a及び負極1bが設けられ、隔膜1cにて仕切られた正極室
1d及び負極室1e内をそれぞれ正極液及び負極液の電解液
が循環するようになっている。そして、正極液貯蔵槽２
とこの正極液貯蔵槽２内に形成され錯体化合物貯蔵槽３
と負極液貯蔵槽４とが設けられ、錯体化合物５はオイル
バルブ42から反応槽１に供給され、また電解液はポンプ
36a,36bによって反応槽１に供給される。上記電解液には、金属臭化物の水溶液に臭素と反応し
て電解液に不溶で電解液より比重の大きな錯体化合物を
形成する錯化剤を加えたものが使用され、この錯化剤と
しては、特開昭52−122836特開昭52−124134に示される
ように、電解液に溶解することが必要であり、４級アン
モニウム塩、例えばルチルエチルモルホリニウムブロマ
イド、メチルエチルピロリジニウムブロマイドなどが用
いられる。また、必要に応じて電解液の導電率を増加さ
せるために支持電解液、例えばKCL,NH₄CL等を加えるこ
ともできる。従って、錯体化合物５の供給量をオイルバルブ42にて
オン・オフ制御するとともに、電解液をポンプ36a,36b
にて一定圧で反応槽１に供給することにより良好な電極
反応が行われ、これによって正極1a側には臭素とともに
負電荷が生じ、正負極間に一定の電力を発生させること
ができる。このような亜鉛−臭素電池（以下バッテリという）の
制御は、そのバッテリの状態に応じて錯体化合物５の供
給バルブあるいは電解液の供給ポンプ等のバッテリ液循
環制御などを行い、バッテリ状態に応じた必要最小限の
バッテリメンテナンスが行われている。また、前記バッテリの充電制御やバッテリの電力によ
り車両を駆動する車両駆動制御等が、前記バッテリメン
テナンスと共に行われており、充電制御の場合はバッテ
リ自体の状態に応じて必要な電力を供給制御する。そし
て、車両駆動制御の場合は車両の速度に応じてバッテリ
から電力供給制御を行っており、この車両駆動制御にて
電動機（モータ）の円滑な速度制御が行われている。［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、前述したようなバッテリを中心とする
モータや充電器等の制御は別個に独立して行われてお
り、これらの制御が必要最小限の各装置状態の信号によ
って制御されているため、各装置相互間での連携的な制
御を行うことができず、これら車両状態に応じた柔軟か
つ適切な制御を行うことができないという問題があっ
た。また、このような問題を解決するために各装置に関連
する他の装置の情報を各制御装置に入力し、相互間の効
率の良い制御を行わせようとすると、各装置を制御する
ための情報をそれぞれの制御部に備えなければならず、
無駄が多く、装置も大型化して不都合となる。更に、前述したように、バッテリ内を循環する電解液
の供給圧力は、車両駆動時において瞬時最大出力が供給
可能な電荷量の値から決定されており、また決定された
供給圧力の一定圧で電解液を供給している。このため、
低出力の電力消費で良い場合であっても、最大出力時の
供給を行うことになって、過度の電解液が循環されて無
駄であり、またポンプを駆動させる電力を不必要に損失
させるという問題があった。例えば、従来の亜鉛−臭素電池では正負極１セル当た
り100ml/min以上（電極面積600cm²）の流量で電解液を
循環しているので、電解液を循環させるためのポンプを
連続的に運転するとポンプで消費されるエネルギは非常
に大きいものとなる。これは、通常状態でバッテリを20mA/cm²の電流密度で
充放電した場合、バッテリのエネルギ効率は約１割も低
下することになり、ポンプ駆動のための電力は結局バッ
テリから供給されたものであるから、特に電力をあまり
必要としない場合には、電解液供給の意味がなくなるこ
とになる。発明の目的本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたものであ
り、その目的は、バッテリ，駆動系，これらに関連する
装置の車両構成装置の車両状態に柔軟に対応して、電解
液を循環させるためのポンプを適切かつ効率良く制御す
ることのできる電気自動車の制御装置を提供することに
ある。［問題点を解決するための手段］前記目的を達成するために、本発明に係る制御装置
は、電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御する
ためのバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する駆
動系及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するイン
バータ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用電
源からバッテリに充電する充電器を制御するための充電
情報と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイル
情報と、を記憶する記憶手段と、この記憶手段の情報に
基づいて車両を構成する前記バッテリ，駆動系，インバ
ータ主回路，充電器及びこれらに関連する装置について
車両状態に応じて制御する制御回路と、を備えるととも
に、駆動系の出力状態を検出する出力検出器を設け、前
記制御回路は前記出力検出器からの駆動系出力変化情報
に基づいてバッテリ内の電解液循環用ポンプの出力を制
御することを特徴とする。また、他の発明に係る制御装
置は、電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御す
るためのバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する
駆動系及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するイ
ンバータ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用
電源からバッテリに充電する充電器を制御するための充
電情報と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイ
ル情報と、を記憶する記憶手段と、この記憶手段の情報
に基づいて車両を構成する前記バッテリ，駆動系，イン
バータ主回路，充電器及びこれらに関連する装置につい
て車両状態に応じて制御する制御回路と、を備えるとと
もに、バッテリ電圧を検出する電圧検出器を設け、前記
制御回路は前記電圧検出器の検出電圧に基づいて前記バ
ッテリ内の電解液循環用ポンプの出力をオン・オフ制御
することを特徴とする。［作用］以上の構成によれば、記憶手段において、電気自動車
のエネルギ源であるバッテリを制御するためのバッテリ
メンテナンス情報と、車両を駆動する駆動系及び前記バ
ッテリから駆動系に電力を供給するインバータ主回路を
制御するための車両駆動情報と、商用電源からバッテリ
に充電する充電器を制御するための充電情報と、各種装
置のフェイル制御を行うためのフェイル情報と、を記憶
している。従って、これらバッテリメンテナンス情報、
車両駆動情報、充電情報、フェイル情報を記憶してい
る。従って、制御回路がこれら記憶手段に記憶されてい
る情報を利用してバッテリ、駆動系、インバータ主回
路、充電器等を制御することができる。そして、本発明では、駆動系の出力により車両状態を
把握し、この駆動系出力の変化によってバッテリへの電
解液循環用ポンプの出力制御が行われる。例えば、駆動
系の低負荷時はポンプ出力が低くなり、高負荷時は出力
が高く制御される。このように、車両状態に応じて、電
解液循環ポンプの制御を行うことによって、より好適な
循環ポンプの制御が達成される。また、他の発明は、電圧検出器にてバッテリ電圧が検
出され、これによって電解液循環ポンプの出力がオン・
オフ制御される。従って、常に電解液を供給するのでは
なく、必要最低限の電解液供給が行われる。［実施例］以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明す
る。第１図には本発明に係る電気自動車の制御装置を説明
するための制御状態が示され、第２図にはメインバッテ
リの構成及びその制御状態が示されている。第１図において、電気自動車レベルの動力源であり電
気エネルギを蓄積するメインバッテリ10には、インバー
タ主回路12を介して電気自動車の駆動系であるモータ／
減速機14が接続されており、メインバッテリ10からの直
流電力は、インバータ主回路12にて交流電力に変換され
た後にモータ／減速機14に供給される。そして、メインバッテリ10には、電源オフ時のメイン
バッテリ10内に残留する不要な電荷を放電するためのシ
ョートレジスタ16と、商用電源からの電力をメインバッ
テリ10に供給して充電するためのチャージャ18と、駆動
系装置以外の12V系負荷を作動させる補機バッテリ22に
電力を変換（電圧変換）して供給するDC/DCコンバータ2
0とが接続されている。本発明において特徴的なことは、前記電気自動車を構
成する各コンポーネントをトータル制御することであっ
て、特に駆動系の出力変化により電解液供給ポンプの出
力を制御することであり、これは、モータ／減速機14に
設けられ駆動系出力、つまり出力トルクと回転数を検出
する出力検出器60と、ECU（電子制御装置）などから成
る制御回路26にて行われており、この制御回路26はイン
バータ主回路12を制御するインバータコントローラ28と
インバータ主回路12以外の各コンポーネントを制御する
電気自動車（EV）コントローラ30とから成り、そして、
この制御回路26内にはトータル制御のために必要な各情
報、すなわち、バッテリメンテナンス情報、車両駆動情
報、充電情報、フェイル情報、を記憶する記憶手段とし
ての記憶部31が設けられる構成となっている。なお、各
コンポーネントを含む車両全体の車両状態を表示する表
示部32が設けられ、またこの表示部32を見ながら運転者
などが各種制御のための操作を行う各種スイッチ34が設
けられている。前記制御回路26は、例えばメインバッテリ10に関して
は、メインバッテリ10用の補機系装置の制御、インバー
タ主回路12に関しては、大電力出力のためのシーケンス
制御及びモータ／減速機14の出力制御、チャージャ18に
関しては、メインバッテリ10への充電量の制御、DC/DC
コンバータ20に関しては、補機バッテリ22への充電のオ
ンオフ制御などを行っており、その状態は表示部32に表
示される。第２図において、実施例におけるメインバッテリ10は
亜鉛−臭素（Zn−Br₂）電池を用いており、この場合に
は電解液をバッテリケース内で［反応槽１（第９図）に
対して］循環させる必要がある。従って、メインバッテ
リ10には、電解液を循環する動力源となるポンプ36と、
このポンプ36の駆動電源である補機バッテリ22とメイン
バッテリ10とを切り換えるリレー38と、メインバッテリ
10からポンプ36に電源を供給する時にバッテリ電圧を所
定電圧まで降圧させるポンプ用のDC/DCコンバタ40（反
応槽端子10a,10bに接続される）と、電解液中にバッテ
リ使用時（放電時）に放電効率を高めるための錯体化合
物５（第９図）を供給するオイルバルブ42と、バッテリ
10内の反応槽への電解液循環方向を切り換えるための４
ウェイバルブ44とが設けられている。前記ポンプ36の駆動電力は、前述したDC/DCコンバー
タ40からではなく、補記バッテリ22から得るようにして
もよく、実施例では補機バッテリ22の電力を変換してポ
ンプ36に供給するためのチョッパ58が設けられている。また、メインバッテリ10には、電解液の供給圧力を検
出する圧力センサ46や電解液量を検出する液レベルセン
サ48が設けられており、更に前述したショートレジスタ
16にはこれのオンオフのスイッチ動作を行うコンタクタ
50が設けられている。なお、図中52は安全プラグ、54は
メインヒューズである。そして、このようなメインバッテリ10を構成する各コ
ンポーネントやコンタクタ50及び安全プラグ52は、EVコ
ントローラ30にて制御されている。本発明は以上の構成からなり、第４図に基づいてその
作用を説明する。まず、制御回路26に電源が投入されると、ステップ10
0にてイニシャライズが行われ、ここでは周辺ICの初期
化と各変数の初期値の設定が行われる。ステップ101では、プログラム演算時間の管理を行う
ウォッチドック機能と開き時間を利用した制御回路26と
表示部32用コンソールとの通信が行われる。次いで、ステップ102では、上記101の動作の時間の管
理を行っており、実際の演算時間Ｔが設定時間T_fにより
大きいか否かの判断を行う。そして、Ｔ＜T_fである時
（“N"）にはステップ101に戻り、Ｔ≧T_fである時
（“Y"）にはステップ103に移行する。ステップ103では、電気自動車を構成する各コンポー
ネントからの情報を入力しており、この入力信号はA/D
（アナログデジタル変換器）やPIA（インターフェース
素子）からの信号であり、各コンポーネントの状態を情
報として制御装置26内に取り入れる。次いで、ステップ104では全体的な車両状態を判別し
ており、ステップ103にて入力された情報に基づいて５
種類の制御状態のいずれに遷移すべきかを判別する。従
って、この判別信号により車両状態に応じた各制御ステ
ップ105から109のいずれかに移行することとなり、移行
した後は各制御ステップにて所定の制御を行うと共に必
要な演算を実行する。そして、ステップ110では各制御ステップから出力さ
れる車両情報や演算結果から故障の判断、すなわちフェ
イルチェックを行い、故障時には所定のデータ変換を行
いステップ111に移行する。このステップ111では、上記演算結果をD/A変換器及び
PIAに出力しており、これらの装置によって前記演算デ
ータを各コンポーネントに出力した後にステップ101に
戻ることになる。以上のステップから構成されるループは電源がオフに
なるまで繰り返されることになり、このループを繰り返
すことにより各制御ステップへの遷移が達成され、電気
自動車をトータル制御することが可能となる。このように、本発明では、車両駆動制御A,充電制御B,
バッテリメンテナンスC,バッテリオフ時メンテナンスＤ
及びフェイル制御Ｅの５種類の制御が行われることにな
る。すなわち、車両駆動制御Ａは車両走行に関する電動
機（モータ）の制御であり、充電制御Ｂは動力源である
バッテリを充電するための制御を行い、バッテリメンテ
ナンスＣは前記バッテリを所定の状態に保持するための
メンテナンスを行い、バッテリオフ時メンテナンスＤは
電気自動車の電源オフ信号が入力された時に残留電荷を
放電してバッテリの性能を維持するメンテナンスを行
い、そしてフェイル制御Ｅは前記各装置（以下コンポー
ネントという）の車両状態で故障が発生した時に各コン
ポーネントを安全な状態に維持する制御を行う。そして、この各制御ステップの遷移は、車両の運動状
態を指令する信号KEYによって、充電制御B,バッテリメ
ンテナンスＣ及びバッテリオフ時メンテナンスＤから車
両駆動制御Ａに遷移する一方、車両の運動を中断する指
令信号▲▼によって、車両駆動制御Ａからバッテ
リオフ時メンテナンスＤに遷移する。また、メインバッテリ10に充電を指令する信号▲
▼によって、車両駆動制御A,バッテリメンテナスＣ及
びバッテリオフ時メンテナンスＤから充電制御Ｂに遷移
し、バッテリをマニュアルでメンテナンスする指令信号
Ｍによって、車両駆動制御A,充電制御Ｂ及びバッテリオ
フ時メンテナンスＤからバッテリメンテナンスＣに遷移
する。そして、前記フェイルチェック（第４図のステップ11
0）に基づくFAIL信号によって、車両駆動制御A,充電制
御B,バッテリメンテナンスＣ及びバッテリオフ時メンテ
ナンスＤからフェイル制御Ｅに遷移する。特に、本発明では、車両駆動制御Ａとバッテリメンテ
ナンスＣとの遷移による連携的な制御を行っており、こ
れにより車両状態に応じた適切かつ効率の良い制御が行
われている。すなわち、バッテリ10内に電解液を供給するポンプの
出力制御を駆動系、つまりモータ14の出力によって行っ
ており、実施例では、モータ出力トルク指令とモータ回
転数との乗算値に基づいてポンプ出力を制御する。まず、ポンプ出力をPout,モータ出力トルク指令をTre
f,モータ回転数をNmot,定数をk,aとすると、 Pout＝ｋ・Tref・Nmot＋ａ …（１）を演算する。すなわち、モータ出力トルク指令とモータ
回転数との乗算値、つまりモータ出力電力に比例定数ｋ
をかけた値に、常時ポンプ出力ａを加えた値でポンプ36
を駆動する。前記常時ポンプ出力ａは、モータ出力以外
にもバッテリの電力を消費する補機系の負荷があり、ま
たモータ14においても励磁電流による消費があり、これ
らに最低限必要とされるモータ出力を表わしている。このポンプ出力の変化は、第５図に示されており、常
時ポンプ出力ａからモータ出力電力に比例して上昇する
出力にてポンプ36が駆動されることが理解される。次に、他の発明の第１及び第２実施例を第６〜８図に
より説明する。第６図には第１実施例が示され、図において、バッテ
10には正極液または負極液の電解液貯蔵槽2,4から電解
液がポンプ36にて供給されている。そして、このポプ36
の出力をオン・オフするスイッチ62が設けられている。他の発明において特徴的なことは、ポンプ出力をバッ
テリ電圧に基づいてオン・オフ制御することであり、こ
のために、バッテリ電圧を検出する電圧検出器64と、EV
コントローラ30にはヒステリシスコンパレータ66とが設
けられている。そして、前記電圧検出器64はバッテリ10の電圧を検出
してヒステリシスコンパレータ66に電圧信号を供給す
る。このヒステリシスコンパレータ66では、ポンプ36の
オン・オフ制御をバッテリ電圧が低くなる場合と高くな
る場合とで異なる２種類の基準電圧にて制御しており、
前記バッテリ電圧が第１の基準電圧xVより低い電圧にな
ったときにオン信号を出力する。そうすると、スイッチ
62が作動してポンプ36が駆動される。また、電解液が供
給されてバッテリ電圧が上昇し、ヒステリシスコンパレ
ータ66で設定される第２の基準電圧ｘ′Ｖに達すると、
ヒステリシスコンパレータ66はオフ信号を出力し、スイ
ッチ62を開いてポンプ36が止められる。従って、バッテ
リ電圧が第１の基準電圧より低くなった場合に電解液が
循環され、第２の基準電圧より高くなった場合に電解液
循環を停止する。このようにヒステリシスデオン・オフ制御するのは、
正極活性槽に再び臭素錯体物が付着できるようにポンプ
36の運転時間を調整するためである。第７図には、他の発明の第２実施例が示されており、
この第２実施例は、ポンプ36の停止時間を遅延制御する
ことを特徴としており、このためにEVコントローラ30に
はコンパレータ68と、信号遅延手段として単安定マルチ
バイブレータ70が設けられる。すなわち、コンパレータ68には基準電圧xVが設定さ
れ、この基準電圧xVでポンプ出力のオン制御を行うが、
第８図にタイムチャート示されるように、基準電圧まで
バッテリ電圧が上昇してコンパレータ68がオフ信号を出
力しても（図ｂ）、単安定マルチバイブレータ70にて所
定時間オフ信号を遅延させる（図ｃ）ようにしてオフ制
御を行う。。この所定時間は、電解液速度に応じて設定され、これ
によって、良好な電解液循環状態が達成される。従来では、ポンプ36を連続運転すると、正極活性槽は
常に臭素錯体化合物を付着しているため、バッテリ10を
放置した場合、正極反対槽から負極反応槽への臭素の移
動が激しく自己放電量が多くなる。しかし、他の発明に
よれば、ポンプ36をオン・オフ制御することにより、ポ
ンプ停止時に正極活性槽中の臭素を消費することがで
き、無駄のないパッテリ電力の消費状態が確保される。［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、１つの制御回
路に記憶手段に記憶されている各種の情報を入力してバ
ッテリ駆動系などの制御を行うようにし、かつ電解液循
環用ポンプの出力を駆動系の出力変化に応じて制御する
ようにした。また、他の発明によれば、電解液循環用ポンプの出力
のオン・オフ制御をバッテリ電圧に基づいて制御するよ
うにした。このため、走行する車両状態の変化に対応して電解液
の循環を制御できる。そこで、無駄な電解液の循環を抑
制し、適切かつ効率の良い電気自動車の制御を行うこと
ができる。そして、これによって、バッテリの電力消費
を減少させて電気自動車の走行距離を伸ばすことができ
る。更に、例えば亜鉛臭素電池の場合、電解液循環ポンプ
を必要以上に運転すると、臭素の供給が多くなるととも
に、多量の熱が発生して電解液の温度が上昇することに
より、正極反応槽から負極反応槽への臭素の移動が多く
なって電池効率が低下するが、本発明及び他の発明では
このような臭素移動による効率の低下を極力押えること
ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明及び他の発明に係る電気自動車の各構成
装置とその制御状態を示す説明図、第２図はメインバッテリにおけるEVコントローラの制御
状態を示す説明図、第３図はトータル制御における各制御間の遷移状態を示
す説明図、第４図は本発明に係る制御装置の作用を示すフローチャ
ート図、第５図は本発明の電解液循環用ポンプの出力状態を示す
グラフ図、第６図は他の発明の第１実施例を示す説明図、第７図は他の発明の第２実施例を示す説明図、第８図は他の発明の第２実施例の動作を示すタイムチャ
ート図である。第９図は従来の電解液循環型の亜鉛−臭素電池を示す説
明図である。 10……メインバッテリ 12……インバータ主回路 14……モータ／減速機 16……ショートレジスタ 18……チャージャ（充電器） 26……制御回路としてのECU 28……インバータコントローラ 30……EVコントローラ 31……記憶手段としての記憶部 58……チョッパ 60……出力検出器 64……電圧検出器 66……ヒステリシスコンパレータ 68……コンパレータ 70……単安定マルチバイブレータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御する
ためのバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する駆
動系及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するイン
バータ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用電
源からバッテリに充電する充電器を制御するための充電
情報と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイル
情報と、を記憶する記憶手段と、この記憶手段の情報に
基づいて車両を構成する前記バッテリ，駆動系，インバ
ータ主回路，充電器及びこれらに関連する装置について
車両状態に応じて制御する制御回路と、を備えるととも
に、駆動系の出力状態を検出する出力検出器を設け、前
記制御回路は前記出力検出器からの駆動系出力変化情報
に基づいてバッテリ内の電解液循環用ポンプの出力を制
御することを特徴とする電気自動車の制御装置。２．特許請求の範囲（１）記載の装置において、前記駆
動系出力情報はモータ出力トルクとモータ回転数とし、
このモータ出力指令トルクとモータ回転数とを乗算した
値に基づいて前記ポンプ出力を制御することを特徴とす
る電気自動車の制御装置。３．電気自動車のエネルギ源であるバッテリを制御する
ためのバッテリメンテナンス情報と、車両を駆動する駆
動系及び前記バッテリから駆動系に電力を供給するイン
バータ主回路を制御するための車両駆動情報と、商用電
源からバッテリに充電する充電器を制御するための充電
情報と、各種装置のフェイル制御を行うためのフェイル
情報と、を記憶する記憶手段と、この記憶手段の情報に
基づいて車両を構成する前記バッテリ，駆動系，インバ
ータ主回路，充電器及びこれらに関連する装置について
車両状態に応じて制御する制御回路と、を備えるととも
に、バッテリ電圧を検出する電圧検出器を設け、前記制
御回路は前記電圧検出器の検出電圧に基づいて前記バッ
テリ内の電解液循環用ポンプの出力をオン・オフ制御す
ることを特徴とする電気自動車の制御装置。４．特許請求の範囲（３）記載の装置において、前記制
御回路には信号遅延手段を設け、ポンプのオン状態を所
定時間遅延制御することを特徴とする電気自動車の制御
装置。