JP2761998B2 - 電気自動車 - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
には、車両を駆動するためのトルクの少なくとも一部を
電気的に発生させる電気自動車における、車両駆動用電
源を有効に保護する電気自動車に関する。
り、大気汚染による自然環境の破壊や温暖化、騒音によ
る居住空間の悪化の防止といった社会的要請が高まって
いる。これに伴って、排気の原因となる内燃機関を駆動
源とせず、クリーンな電力を駆動源として車両を駆動さ
せる電気自動車が注目され、研究、開発が広く行われる
ようになってきている。この電気自動車は、大容量の駆
動用電源を備えており、この駆動用電源から供給される
電流によって電気モータを回転させ、車両の駆動力とす
るものである。そして、電気自動車は、アクセルの踏み
込み量やブレーキの踏み込み量等の運転者による操作量
から、要求されているトルク値を算出し、そのトルク値
に対応した電流を電気モータに供給し、運転者の要求に
応じた適切な走行を実現するようになっている。
と、内燃機関を使用した従来の自動車の場合に燃料が減
少するのと同様に、電気モータに電力を供給する駆動用
電源の容量が低下する。このため、一定距離を走行した
段階で、駆動用電源を充電することによって、駆動用電
源の性能を回復させるようにしている。このように、駆
動用電源の状態に応じて所定の制御を行うようにした電
気自動車として、特開昭61−262006、特開昭6
0−16102号公報に掲載された電気自動車が従来提
案されている。前者の電気自動車は、バッテリ状態によ
り走行感覚が著しく異なるため、バッテリ電圧が低下し
た場合には、指令値を上げるようにしている。一方、バ
ッテリ電圧が低下すると電気モータに供給する電流、例
えば三相交流に歪みが発生し、走行が安定しなくなりガ
クガクする場合がある。そこで、後者の電気自動車で
は、電流指令値と検出電流値との偏差が大きくなること
を検出することで、バッテリ電圧が低下したものと判断
して電流指令値を低下するようにしている。
に配置されている駆動用電源は、その容量が一定値以下
に低下すると急に寿命が縮まり、消費電流も出力電流も
少なくなる。このような状態においても更に電力を消費
すると、駆動用電源が過放電状態となり、充電による回
復性能が低下してしまう。しかし、上記した従来の電気
自動車では、いずれも駆動用電源の過放電に対する保護
を目的としてトルク制御を行ったものではないため、過
放電による駆動用電源の回復性能が低下するおそれがあ
るという問題があった。
値を上げるようにした電気自動車の場合、バッテリ容量
が少ない時に無理やり出力しようとしても限界があり、
却って過放電状態となり、バッテリの充電回復性能を悪
化させていた。電流指令値と検出電流値との偏差が大き
くなった場合に、電流指令値を低下する電気自動車で
は、制御が複雑で、電流指令値と検出電流値との偏差を
検出した後に電圧指令値を低下するように制御している
ので、偏差を検出するまでは波形の歪みが発生するの
で、効率が低下すると共に、脈動が生じるという問題が
ある。
なることを防止し、過充放電により電源の充電回復性能
が低下することを抑えた電気自動車を提供することを目
的とする。また本発明は、電源が過充放電状態前の所定
範囲にあるか否かについての適切な判断を行うことを目
的とする。
は、車両の駆動トルクを電気的に発生させるモータと、
このモータに電力を供給する電源と、この電源の電圧を
検出する電源電圧検出手段と、前記電源から前記モータ
に供給される電流を検出する電源電流検出手段と、要求
されている要求トルクを検出する要求トルク検出手段
と、前記電源電圧検出手段で検出された電圧と前記電源
電流検出手段で検出された電流とに応じて、前記電源が
出力可能な最大トルクを決定する最大トルク決定手段
と、前記電源が過充放電状態前の所定範囲内にあり、前
記要求トルク検出手段で検出された要求トルクが、前記
最大トルク検出手段で検出された最大トルクよりも大き
い場合、前記要求トルク検出手段で検出した要求トルク
に対応する出力トルクを最大トルクの範囲内に制限する
出力トルク制限手段と、この出力トルク制限手段で制限
された出力トルクとなるように、前記電源から前記モー
タに供給する電力を制御する制御回路と、を電気自動車
に具備させて前記目的を達成する。
検出された電圧と電源電流検出手段で検出された電流と
に応じて、電源が出力可能な最大トルクを決定する。そ
して、電源が過充放電状態前の所定範囲内にあり、要求
トルク検出手段で検出された要求トルクが、最大トルク
検出手段で検出された最大トルクよりも大きい場合、要
求トルク検出手段で検出した要求トルクに対応する出力
トルクを最大トルクの範囲内に制限する。このように電
源が過充放電前の所定範囲内にある場合に、電圧と電流
に応じて決定した最大トルクの範囲内に出力トルクを制
限することで、駆動用電源が過充放電状態となることが
防止される。
例について、図1から図8を参照して詳細に説明する。
図1は、この実施例における電気自動車の概略外観構成
を表したものである。この図に示すように、電気自動車
はその本体11の前後左右に4つの駆動輪12、12、
…を備えており、これら各駆動輪12には、それぞれを
回転させる駆動手段としてのブラシレスDCモータ1
3、13、…が配置されている。このブラシレスDCモ
ータ13は、6極の永久磁石からなるロータと、3相の
巻線からなる電磁コイルすなわちステータコイルを備え
ている。
しての直流電源14、14が配置されている。この直流
電源14としては、鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電
池、ナトリウム硫黄電池、リチウム2次電池、水素2次
電池、レドックス型電池等の各種2次電池が使用され
る。直流電源14は、例えば240〔V〕の直流電源で
構成されており、制御部15、15、…に供給されるよ
うになっている。
る。ブラシレスDCモータ13のロータシャフト17に
はレゾルバ16の回転子が同軸的に接続されている。制
御部15は、このレゾルバ16に接続されたレゾルバ回
路18を備えている。レゾルバ回路18は、レゾルバ1
6にEm sinωt及びEm cosω tの交流電
圧x、yを印加すると共に、レゾルバ16から交流電圧
Emsin(ωt+θ)のレゾルバ信号aを受けて、上
記ロータの磁極の絶対位置を検出し、電流波形制御回路
19に励磁位置信号bを出力するようになっている。な
お、ロータの磁極の絶対位置を検出する手段としては、
例えば光学式のロータリエンコーダや磁気式エンコーダ
(例えば、ホール素子や強磁性薄膜を用いたもの)を使
用してもよい。
の負荷条件、例えばアクセルやブレーキの踏み込み量な
どに対応した電流がブラシレスDCモータ13に供給さ
れて所定のトルクが得られるように制御するための回路
である。すなわち、要求電流(トルク指令)に対応した
デューティ比を有するUVW相のパルス幅変調(PW
M)信号dをベースドライブ回路28に出力するように
なっている。制御部15は、ブラシレスDCモータ13
のステータコイルを励磁するためのブリッジ回路20を
備えている。このブリッジ回路20は6個のパワートラ
ンジスタ21〜26を備えており、各パワートランジス
タ21〜26のベースにはベースドライブ回路28から
スイッチング信号としてトランジスタ駆動信号cが供給
される。ベースドライブ回路28は、電流波形制御回路
19から供給されるPWM信号dに従って、各パワート
ランジスタ21〜26を駆動する。
29を備えており、このメインコンピュータ29の入力
ポートには、アクセルの踏込量に対応してアクセルセン
サから出力されるアクセル信号e1、ブレーキの踏み込
み量に対応してブレーキセンサから出力されるブレーキ
信号e2、シフトレバーを各レンジ位置に移動した時に
出力されるシフトポジション信号e3、ブラシレスDC
モータ13の回転速度を電磁的にピックアップした速度
信号e4、及びその他の信号e5が供給されるようにな
っている。制御部15は、直流電源14の電圧を直接検
出する電圧検出回路31を備えている。この電圧検出回
路31は、図示しないアナログーディジタル変換回路を
備えており、検出した直流電源14の電圧がディジタル
値に変換されてメインコンピュータ29に電圧値信号v
として供給されるようになっている。一方、メインコン
ピュータ29の出力ポートからは、要求電流を指令する
ための電流指令信号j1、回転方向指令信号j2、回生
信号j3、および運転指令信号j4が出力され、電流波
形制御回路19に供給される。
電源14を所定の電圧q、rに変換する電源回路33を
備えている。この電源回路33は、ブリッジ回路20に
対して各パワートランジスタ21〜26を駆動するため
の駆動電圧qをベースドライブ回路28に供給すると共
に、制御電源電圧rをメインコンピュータ29、電流波
形制御回路19、ベースドライブ回路28などの各回路
に供給している。
列に平滑用の大容量のコンデンサ34が接続され、直流
電源14からブリッジ回路20に供給される電圧を安定
させている。ブリッジ回路20からブラシレスDCモー
タ13に供給される相電流は電流センサ35で検出され
るようになっており、U相電流検出信号s及びV相電流
検出信号tが電流波形制御回路19に供給される。電流
波形制御回路19では、これら検出信号s、t、とレゾ
ルバ回路18から供給される励磁位置信号bとにより、
ブリッジ回路20から供給される相電流の位相を、ブラ
シレスDCモータ13の鎖交率が最大となるように制御
している。
したものである。メインコンピュータ29は各種制御を
行うためのCPU(中央処理装置)41を備えており、
このCPU41にはデータバス等のバスライン42を介
してROM(リード・オンリ・メモリ)43、RAM
(ランダム・アクセス・メモリ)44、入力I/F(イ
ンターフェース)部45、出力I/F部46がそれぞれ
接続されている。ROM43には、入力I/F部45か
ら入力される各種信号e1〜e5からCPU41が走行
状態等を判断して各部を適切に制御するための各種プロ
グラムが格納されている。また、このROM43には、
本実施例により特に制御される、電圧の低下時に出力ト
ルクを制御するためのプログラムやデータが格納されて
いる。
ログラムやデータに従って、CPU41が制御や演算を
行うためのワーキングメモリであり、入力I/F部45
から入力された各種信号e1〜e5、vや、出力I/F
部46から出力した制御信号j1〜j4を一時的に記憶
する。
運転動作について説明する。 (1)第1動作 動作原理 まず、この電気自動車の動作原理について説明する。こ
の電気自動車は、直流電源14の容量が一定値以下にな
ると電圧も所定値以下となることに着目し、電圧検出回
路31で直流電源14の電圧を検出するものである。そ
して、この実施例では直流電源14の電圧が約180
〔V〕以下になった場合、直流電源14の過放電を防止
するために、出力トルク値を制限する。なお、この実施
例では、回生状態で過充電により著しく電圧が上昇した
場合にも、直流電源14の性能低下を招くため、この場
合も同様に出力トルクを制限する。
大出力値Tmaxとの関係を表したものである。直流電
源14の電圧は通常240〔V〕であるが、走行によっ
て低下し、また回生によって上昇する。このように、直
流電源14の電圧は変化するが、電圧が約180〔V〕
〜約280〔V〕の範囲では、図面の直線Aで示すよう
に、ブラシレスDCモータ13で出力可能な最大トルク
値TMまでのトルク出力を許容する通常運転が行われ
る。一方、電圧が約180〔V〕以下の場合、および約
280〔V〕以上になった場合、直線B、Cで示す値以
上のトルクがブラシレスDCモータ13から出力されな
いように、出力トルクの最大値Tmaxを制限するトル
ク制限運転が行われる。なお、図4に示す、直流電源1
4の電圧に対応して制限される出力トルクの最大値Tm
axに関するデータは、ROM43に格納されている。
ま、電気自動車の電源がオン状態において、制御部15
の電圧検出回路31で直流電源14の電圧が検出され、
電圧値信号vがメインコンピュータ29に供給される。
また、電気自動車が停止および前後進方向といった走行
状態を示す各種信号e1〜e5が、各センサやスイッチ
等からメインコンピュータ29に供給される。これら、
電圧値信号vおよび各信号e1〜e5は、CPU41に
よってRAM44に格納され、現在の状態が記録更新さ
れる。
ら供給される電圧値信号vから、直流電源14の電圧を
判断する。電圧が約180〔V〕から約280〔V〕の
間にある場合、メインコンピュータ29は以下の通常運
転動作を行う。すなわち、CPU41はROM43に格
納された演算プログラムに従って、アクセル信号e1と
ブレーキ信号e2とから運転者が要求している要求トル
ク指令値T1を算出し、対応する電流指令信号j1を、
出力I/F46を介して電流波形制御回路19に供給す
る。電流波形制御回路19は、供給された電流指令信号
j1に対応したデューティ比を有するUVW相のPWM
信号dをベースドライブ回路28に供給し、ベースドラ
イブ回路28では、PWM信号dに応じてパルス幅変調
された相電流がブラシレスDCモータ13に供給される
ように、ブリッジ回路20を駆動する。このように、通
常運転時において、電気自動車は、運転者のアクセルペ
ダルやブレーキペダルの踏み込み量に応じた電流がブラ
シレスDCモータ13に供給され、運転者の要求に応じ
たトルクが出力される。
45を介して供給される電圧値信号vから、直流電源1
4の電圧が約180〔V〕以下、または約280〔V〕
以上であるとCPU41が判断すると、メインコンピュ
ータ29は、通常運転動作からトルク制限運転に移行す
る。
ものである。CPU41は、RAM44に格納された電
圧値信号vを読み込む(ステップ11)。そして、現時
点における直流電源14の電圧を判断し(ステップ1
2)、電圧が140〔V〕〜約180〔V〕、または約
280〔V〕〜290〔V〕である場合(ステップ1
2;N)、現時点の電圧に対応するトルク最大値Tma
xをROM43から読み込み、RAM43に格納する
(ステップ13)。そして、ROM43に格納された演
算プログラムに従って、アクセル信号e1とブレーキ信
号e2とから運転者が要求している要求トルク指令値T
1を算出し(ステップ14)、ステップ14でRAM4
3に格納したTmaxと比較する(ステップ15)。
きい場合(ステップ15;Y)、出力トルク指令値To
utをTout=Tmaxとし(ステップ16)、ブラ
シレスDCモータ13の出力トルクを制限する。逆に、
要求トルク指令値T1がTmaxよりも小さい場合(ス
テップ15;N)、出力トルク指令値ToutをTou
t=T1として(ステップ17)、運転者が要求するト
ルクをブラシレスDCモータ13で出力する。一方、ス
テップ12において、電圧が140〔V〕以下、または
290〔V〕以上の場合(ステップ12;Y)、出力ト
ルク指令値ToutをTout=0とし、(ステップ1
8)、ブラシレスDCモータ13の駆動を停止する。C
PU41は、ステップ16、17、18で決定したTo
utに対応する電流指令信号j1を出力I/F46を出
力して(ステップ19)、リターンする。
ば、電圧が一定値以下および一定値以上の場合に出力ト
ルク指令値ToutがTmaxに制限されるため、たと
え運転者がアクセルの踏み込みを最大にしても、出力ト
ルク指令値はTMではなく、Tmaxとなる。このた
め、ブリッジ回路20を介してブラシレスDCモータ1
3に供給される電流が制限され、直流電源14の過放
電、回生状態での過充電が防止され、直流電源14が保
護される。
説明した実施例では、直流電源14の電圧値に応じて、
出力トルク指令値ToutをTmax以下に制限する構
成としたが、この変形例では、要求トルク指令値T1に
出力比率を乗じた値を出力トルク指令値Toutとする
ものであり、この場合にも現時点での電圧値に応じて出
力比率を小さくすることによって、出力トルクを制限す
る。図6はこの変形例における電圧に対する出力比率を
表したものである。この図に示すように、例えば、電圧
が約160〔V〕の場合、出力比率が50%となってお
り、要求トルク指令値T1に対して、その50%の値が
常に出力トルク指令値Toutとなる。
の第2の変形例では、直流電源14の電圧値だけでなく
電流量も考慮して出力トルク指令値Toutを制限する
ものである。この第2の変形例における電圧値、電流値
および出力トルク指令値の関係を図7に示す。この第2
の変形例は、以下の原理に基づいている。すなわち、一
般の直流電源は、鉛バッテリをはじめ放電電流が大きく
なると電圧が低下するという特性がある。このため、直
流電源14の電圧のみから出力トルク指令値を制限する
場合には、直流電源14の容量がまだあるにもかかわら
ず、大電流の供給によって出力トルク指令値が制限され
る可能性がある。そこで、出力トルク値の制限を電圧だ
けでなく、そのときの電流量も考慮して制限するように
している。
ジ回路20とを接続するDC線に電流センサを配置する
ことによって測定し、この測定値は、アナログーディジ
タル変換された後、メインコンピュータ29に供給され
る。メインコンピュータ29では、ROM43に格納さ
れている図7のデータに従って、出力トルク値の最大値
Tmaxを決定する。ただし、電流量は、現在の出力ト
ルク指令値Toutから決定するようにしてもよい。な
お、この第2の変形例においても、第1の変形例の制御
方法を使用し、要求トルク指令値T1に出力比率を乗じ
た値を出力トルク指令値Toutとするようにしてもよ
い。
リッジ回路20を構成するパワートランジスタ(1GB
T)を保護するために出力トルク指令値Toutを制限
するものである。すなわち、ブラシレスDCモータ13
が完全に停止し、または略停止している状態では、特定
のコイルIGBTにのみ過大な負荷が集中してしまう。
この状態が長時間継続すると、負荷が集中するIGBT
を損傷するおそれがある。そこで、この第2動作では、
極定速時に出力トルク指令値Toutをトルク最大値T
max以下に制限する。
xとの関係を表したものである。この図に示す両者の関
係はROM43に格納されている。CPU41は、入力
I/F部45を介して供給される速度信号e4から電気
自動車の速度を判断し、最大トルク値Tmaxの範囲内
で出力トルク指令値Toutを決定する。そして、図7
に示すように、電気自動車の速度が0.3〔Km/h〕
以下になるまでは、トルクの最大出力値Tmxとブラシ
レスDCモータ13で出力可能な最大トルク値TMとが
一致する。すなわち、0.3〔Km/h〕以上の速度で
は、特定のコイルIGBTに過大な負荷が集中すること
はないので、最大出力値Tmaxの範囲内に制限され
ず、要求トルク指令値T1=Toutとなる。一方、速
度が0.3〔Km/h〕以下になった場合、最大出力値
Tmaxは速度に応じて制限され、速度0ではTMの1
/2に制限される。これによって、特定のコイルIGB
Tへの過大な負荷の集中が防止される。
に、ブラシレスDCモータ13が4輪の各駆動輪内に配
設されている電気自動車を例に説明したが、本発明はこ
の構成に限定されるものではなく、駆動力の少なくとも
一部をブラシレスDCモータ13により発生させる電気
自動車であればよい。例えば、従来の内燃機関を利用す
る車両のエンジンに代えて車体側に1または複数のブラ
シレスDCモータ13を配置し、作動装置などを介して
各駆動輪を駆動する電気自動車でもよい。更に、エンジ
ンとブラシレスDCモータ13を組み合わせ、エンジン
と同時に、又は、時間や走行地域に応じてエンジンとブ
ラシレスDCモータ13のいずれか一方を駆動するよう
にした電気自動車であってもよい。
として6極の永久磁石からなるロータと、3相の巻線か
らなるステータコイルを備えたブラシレスDCモータ1
3を例に説明したが、本発明における駆動手段は直流電
源から直接供給され、また所定の変換がされた後に供給
される電力に従って、回転力を発生させる電動機であれ
ばよい。例えば、分巻き型の直流モータを駆動手段とし
て配置した電気自動車も本発明に含まれる。
源が過充放電前の所定範囲内にある場合に、電圧と電流
に応じて決定した最大トルクの範囲内に出力トルクを制
限するので、駆動用電源が過充放電状態となることが防
止され、電源の充電回復性能が低下することが抑えられ
る。また、電源が過充放電状態前の所定範囲にあるか否
かについての適切な判断を行うことができる。
観構成図である。
る。
の構成図である。
max との関係を示す説明図である。
限運転の制御動作を示すフローチャートである。
に対する出力比率を示す説明図である。
圧、電力およびトルクの関係を示す説明図である。
ルクの最大出力値Tmax との関係を示す説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 車両の駆動トルクを電気的に発生させる
モータと、 このモータに電力を供給する電源と、 この電源の電圧を検出する電源電圧検出手段と、 前記電源から前記モータに供給される電流を検出する電
源電流検出手段と、 要求されている要求トルクを検出する要求トルク検出手
段と、 前記電源電圧検出手段で検出された電圧と前記電源電流
検出手段で検出された電流とに応じて、前記電源が出力
可能な最大トルクを決定する最大トルク決定手段と、 前記電源が過充放電状態前の所定範囲内にあり、前記要
求トルク検出手段で検出された要求トルクが、前記最大
トルク検出手段で検出された最大トルクよりも大きい場
合、前記要求トルク検出手段で検出した要求トルクに対
応する出力トルクを最大トルクの範囲内に制限する出力
トルク制限手段と、 この出力トルク制限手段で制限された出力トルクとなる
ように、前記電源から前記モータに供給する電力を制御
する制御回路と、 を具備することを特徴とする電気自動車。
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Also Published As
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