JP5157193B2 - 車両起動システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両起動システムの制御装置に関する。

バッテリとコンデンサとの間にメインリレーを設けるとともに、メインリレーと並列に、直列に接続したプリチャージリレーおよび抵抗を接続し、バッテリの放電開始時に、メインリレーをオフ、プリチャージリレーをオンして、メインリレーに大電流が流れるのを防止するシステムが知られている（特許文献１参照）。

実開昭６１−１３８３３４号公報

しかしながら、従来のシステムにおいて、短時間にプリチャージリレーのオン／オフが繰り返されると、プリチャージリレーおよび抵抗の発熱量が増大するという問題が生じる。

本発明による車両起動システムの制御装置は、ユーザによって、車両システムの起動操作が行われると、抵抗を介して、バッテリとコンデンサとの間に設けられるスイッチング手段をオンにする車両起動システムにおいて、スイッチング手段のオン／オフが所定時間の間に所定回数行われると、抵抗に流れる電流を制限することを特徴とする。

本発明による車両起動システムの制御装置によれば、スイッチング手段のオン／オフが所定時間の間に所定回数行われると、抵抗に流れる電流を制限することによって、抵抗の発熱量を抑制することができる。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図である。インバータ２は、バッテリ１に蓄えられている直流電力を交流電力に変換して、車両の走行駆動源である３相交流モータ３に供給する。また、３相交流モータ３の回生運転時には、回生運転により発生する交流電力を直流電力に変換して、バッテリ１に供給する。バッテリ１は、例えば、複数のセルを直列に接続して構成される組電池である。インバータ２の制御は、コントロールユニット８によって行われる。

コンデンサ４は、インバータ２の直流電力側に並列に接続されており、直流電力を安定化させる機能を有する。バッテリ１とコンデンサ４との間には、メインリレー５が設けられている。また、メインリレー５と並列に、直列に接続されたプリチャージリレー６および抵抗７が接続されている。プリチャージリレー６は、例えば、トランジスタ等の半導体素子により構成される。メインリレー５およびプリチャージリレー６のオン／オフは、コントロールユニット８によって制御される。

この電気自動車は、プッシュボタンスタートシステムを採用している。イグニッションキーの回動操作によって車両システムを起動させるシステムと異なり、プッシュボタンスタートシステムでは、所定の条件が満たされている時に、ユーザがプッシュボタン９を押すと、車両システムが起動する。プッシュボタン９はまた、各電源ポジションを移行（車両システムの停止も含む）させる際にも使用される。

車両の起動前は、メインリレー５およびプリチャージリレー６は共にオフとなっている。車両起動時に、ドライバによって、プッシュボタン９が押されると、コントロールユニット８は、プリチャージリレー６をオンにする。これにより、バッテリ１から、抵抗７を介してコンデンサ４に電流が流れる。コンデンサ４の充電が完了すると、メインリレー５をオンするとともに、プリチャージリレー６をオフにする。なお、車両起動時に、最初にプリチャージリレー６をオンにして、コンデンサ４の充電が完了してからメインリレー５をオンにするのは、コンデンサ４の電圧が低い状態でメインリレー５をオンにすると、電流密度の高い突入電流がメインリレー４に流れるからである。

プッシュボタンスタートシステムを採用している車両では、短時間にプッシュボタン９のオン／オフ操作が行われる可能性がある。第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、プッシュボタン９のオン／オフ操作、すなわち、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われると、抵抗７に流れる電流を制限する制御を行う。

抵抗７に流れる電流を制限する制御の方法について説明する。３相交流モータの電流制御では、取り扱いが煩雑な３相交流の物理量を直流の物理量に変換して制御演算を行うモータ制御技術が知られている。このモータ制御技術では、３相交流モータ３に流れる電流の励磁電流成分の方向をｄ軸に設定するとともに、トルク電流成分の方向を、ｄ軸と直交するｑ軸に設定し、回転するｄｑ座標系において、直流量で電流制御演算を行う。コントロールユニット８も、ｄｑ座標系において電流制御演算を行うことによって、３相交流モータ３に印加する３相交流電圧指令値を求めて、インバータ２の内部に設けられているスイッチング素子（不図示）のスイッチング制御を行う。

車両システムが起動している状態で、車両システムを停止させるために、ドライバによってプッシュボタン９が押されると、コントロールユニット８は、安全性向上のために、コンデンサ４に蓄えられている電荷を放電させる制御を行う。この時、３相交流モータ３にトルクが発生しないように、ｑ軸電流指令値を０に設定し、ｄ軸電流指令値にのみ、０より大きい値を与えることによって、インバータ２内部に設けられているスイッチング素子のスイッチング制御を行い、コンデンサ４に蓄えられている電荷の放電を行う。

第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われると、車両システムの停止時にコンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくする。図２は、コンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値の時間変化を示す図である。実線は、通常制御時におけるｄ軸電流指令値の変化を示しており、点線は、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われた場合のｄ軸電流指令値の変化を示している。

図３は、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われた後も、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサ４の電圧、抵抗７に流れる電流、および、抵抗７の温度の時間変化を示す図である。点線は、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置による制御結果を、実線は、コンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくしない従来の制御方法による制御結果をそれぞれ示している。

車両システムの起動時には、プリチャージリレー６をオンするので、プリチャージリレー６と直列に接続されている抵抗７に瞬間的に大きい電流が流れ、コンデンサ４の電圧が徐々に上昇する。また、抵抗７に電流が流れることにより、抵抗７の温度も上昇する。

車両の停止時には、上述したように、コンデンサ４の放電が行われる。ただし、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、コンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくするので、コンデンサ４の放電速度が低下する。すなわち、コンデンサ４の放電量が制限されるので、その後、車両システムの起動操作がすぐに行われた場合に、コンデンサ４の電圧は０となっておらず、バッテリ１とコンデンサ４との間の電圧差が小さくなり、抵抗７に流れる電流は小さくなる。これにより、抵抗７の発熱量を抑えて、抵抗７の温度上昇を抑制することができる。

図４は、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両システムを起動させるための信号、すなわち、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されると、コントロールユニット８は、ステップＳ１０の処理を開始する。

ステップＳ１０では、所定時間Ｔ１前から現在時刻までの間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたか否かを判定する。コントロールユニット８には、過去に、車両システムの起動を行った時刻のデータが格納されており、このデータに基づいて判定を行う。所定時間Ｔ１および所定回数Ｎ回は、プリチャージリレー６のオン時に流れる電流の大きさや、抵抗７の熱容量等に基づいて、抵抗７の温度保護を実現するための適切な値を予め定めておく。所定時間Ｔ１前から現在時刻までの間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定するとステップＳ２０に進み、行われていないと判定すると、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ２０では、コンデンサ４の放電時の制御を電流制限モードに設定する。電流制限モードとは、ｄ軸電流指令値を小さくする制御モードのことである。一方、ステップＳ３０では、コンデンサ４の放電時の制御を通常モードに設定する。ステップＳ２０またはステップＳ３０の処理を行うと、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、車両システムを停止させるための信号、すなわち、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されたか否かを判定する。プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されていないと判定するとステップＳ４０で待機し、入力されたと判定すると、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、コンデンサ４の放電時の制御が電流制限モードに設定されているか否かを判定する。電流制限モードに設定されていると判定するとステップＳ６０に進み、通常モードに設定されていると判定すると、ステップＳ７０に進む。ステップＳ６０では、ｄ軸電流指令値を小さくして（図２参照）、インバータ２の内部に設けられているスイッチング素子をスイッチングすることによって、コンデンサ４を放電させる制御を行う。一方、ステップＳ７０では、通常の制御、すなわち、ｄ軸電流指令値を小さくせずに、インバータ２の内部に設けられているスイッチング素子をスイッチングすることによって、コンデンサ４を放電させる制御を行う。

第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われると、車両システムの停止時にコンデンサ４の放電を行う際の放電速度を低下させて、放電量を制限する。これにより、車両システムの起動時、すなわち、プリチャージリレー６のオン時に、バッテリ１とコンデンサ４との間の電圧差が小さくなって、抵抗７に流れる電流が小さくなるので、抵抗７の温度上昇や、プリチャージリレー６の温度上昇を抑制することができる。

また、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、コンデンサ４に蓄えられている電荷の放電を行う際に、交流モータ３にトルクが発生しないようにインバータ２を制御する。これにより、コンデンサ４の放電を行うための放電回路を別途設ける必要がなくなり、また、放電時に、車両挙動に影響が出るのを防ぐことができる。

−第２の実施の形態−
第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われると、車両システム停止時にコンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくすることにより、車両起動時のバッテリ１とコンデンサ４との間の電圧差を小さくして、抵抗７に流れる電流を小さくした。第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われると、車両システムの停止時にコンデンサ４の放電を行うタイミングを遅くすることによって、車両起動時のバッテリ１とコンデンサ４との間の電圧差を小さくして、抵抗７に流れる電流を小さくする。

図５は、第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置において、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われた後も、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサ４の電圧、抵抗７に流れる電流、および、抵抗７の温度の時間変化を示す図である。図５では、第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置による制御結果を点線で、車両システムの停止操作が行われるとすぐにコンデンサ４の放電を開始する従来の制御方法による制御結果を実線でそれぞれ示している。

第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われると、車両システムの停止操作（プッシュボタン９の押圧操作）が行われてから、所定時間Ｔ１１経過後に、コンデンサ４の放電を開始する。所定時間Ｔ１１は、コンデンサ４の放電時の放電速度等に基づいて、予め適切な値を定めておく。なお、コンデンサ４の放電時のｄ軸電流指令値は、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われる前の通常制御時と同じ値とする。

車両システムの停止操作が行われてから、所定時間Ｔ１１経過後に、コンデンサ４の強制放電を開始することにより、その後すぐに、車両システムの起動操作（プッシュボタン９の押圧操作）が行われるまでの間のコンデンサ４の電圧低下量は小さい。すなわち、車両システムの起動時に、バッテリ１とコンデンサ４との間の電圧差が小さくなるので、抵抗７に流れる電流も小さくなり、これにより、抵抗７の発熱量を抑えて、抵抗７の温度上昇を抑制することができる。

図６は、第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの処理のうち、図４に示すフローチャートの処理と同じ処理を行うステップについては、同一の符号を付して、詳しい説明は省略する。車両システムを起動させるための信号、すなわち、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されると、コントロールユニット８は、ステップＳ１０の処理を開始する。

ステップＳ１０において、所定時間Ｔ１前から現在時刻までの間に、車両システムの起動が所定回数Ｎ回行われたと判定するとステップＳ１００に進む。ステップＳ１００では、コンデンサ４の放電時の制御を強制放電遅延モードに設定する。強制放電遅延モードとは、コンデンサ４の放電を開始するタイミングを遅くする制御モードのことである。制御モードを強制放電遅延モードに設定すると、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０において、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されたと判定すると、ステップＳ１１０に進む。ステップＳ１１０では、コンデンサ４の放電時の制御が強制放電遅延モードに設定されているか否かを判定する。強制放電遅延モードに設定されていると判定するとステップＳ１２０に進み、通常モードに設定されていると判定すると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ１２０では、プッシュボタン９が押されてから、すなわち、車両システムを停止させる操作がユーザによって行われてから、所定時間Ｔ１１経過後に、コンデンサ４の放電を開始する制御を行う。これにより、次の車両システム起動時、すなわち、プリチャージリレー６のオン時に、抵抗７に流れる電流を小さくことができる。

第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われると、ユーザによって車両システムの停止操作が行われてから所定時間Ｔ１１経過後に、コンデンサ４に蓄えられている電荷の放電を開始する。これにより、車両システムの起動時に、バッテリ１のコンデンサ４との間の電圧差が小さくなるので、抵抗７に流れる電流を小さくして、抵抗７の温度上昇や、プリチャージリレー６の温度上昇を抑制することができる。

−第３の実施の形態−
図７は、第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図である。第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置は、図１に示す第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置の構成に加えて、抵抗温度センサ１０を備える。抵抗温度センサ１０は、抵抗７の温度を検出して、コントロールユニット８に出力する。

第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、抵抗温度センサ１０によって検出される抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。所定温度Ｔａは、プリチャージリレー６のオン時に流れる電流の大きさや、抵抗７の熱容量等に基づいて、抵抗７の温度保護を実現するための適切な値を予め定めておく。抵抗７に流れる電流を制限する処理は、第１の実施の形態と同様に、コンデンサ４の放電時に、ｄ軸電流指令値を小さくする処理を行う。

図８は、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１内に所定回数Ｎ回行われた後も、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサ４の電圧、抵抗７に流れる電流、および、抵抗７の温度の時間変化を示す図である。図８では、第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置による制御結果を点線で、コンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくしない従来の制御方法による制御結果を実線でそれぞれ示している。

抵抗温度センサ１０によって検出される抵抗７の温度が所定温度Ｔａ未満の間は、車両システムの停止操作が行われた時に、通常モードによる制御、すなわち、ｄ軸電流指令値を小さくせずにコンデンサ４の放電を行う制御を行い、抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上になると、電流制限モードによる制御を行う。第１の実施の形態と同様に、電流制限モードでは、ｄ軸電流指令値を小さくして、インバータ２の内部に設けられているスイッチング素子をスイッチングすることにより、コンデンサ４の放電を行う。

図９は、第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。図９に示すフローチャートの処理が図４に示すフローチャートの処理と異なるのは、ステップＳ２００の処理である。車両システムを起動させるための信号、すなわち、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されると、コントロールユニット８は、ステップＳ２００の処理を開始する。

ステップＳ２００では、抵抗温度センサ１０によって検出される抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上であるか否かを判定する。抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上であると判定するとステップＳ２０に進み、所定温度Ｔａ未満であると判定すると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ２０からステップＳ７０までの処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０からステップＳ７０までの処理と同じであるため、詳しい説明は省略する。

第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、抵抗温度センサ１０によって検出される抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上になると、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１の間に所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。抵抗７の温度に基づいて、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行うので、抵抗７の状態に応じた適切な制御を行うことができる。

−第４の実施の形態−
図１０は、第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図である。第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置は、図１に示す第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置の構成に加えて、プリチャージリレー温度センサ２０を備える。プリチャージリレー温度センサ２０は、プリチャージリレー６の温度を検出して、コントロールユニット８に出力する。

第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、プリチャージリレー温度センサ２０によって検出されるプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。所定温度Ｔｂは、プリチャージリレー６のオン時に流れる電流の大きさや、抵抗７またはプリチャージリレー６の熱容量等に基づいて、抵抗７またはプリチャージリレー６の温度保護を実現するための適切な値を予め定めておく。抵抗７に流れる電流を制限する処理は、第１の実施の形態と同様に、コンデンサ４の放電時に、ｄ軸電流指令値を小さくする処理を行う。

図１１は、車両システムの起動／停止が短時間に複数回行われた後も、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサ４の電圧、抵抗７に流れる電流、および、プリチャージリレー６の温度の時間変化を示す図である。図１１では、第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置による制御結果を点線で、コンデンサ４の放電を行う際のｄ軸電流指令値を小さくしない従来の制御方法による制御結果を実線でそれぞれ示している。

プリチャージリレー温度センサ２０によって検出されるプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ未満の間は、車両システムの停止操作が行われた時に、通常モードによる制御、すなわち、ｄ軸電流指令値を小さくせずにコンデンサ４の放電を行う制御を行い、プリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上になると、電流制限モードによる制御を行う。第１の実施の形態と同様に、電流制限モードでは、ｄ軸電流指令値を小さくして、インバータ２の内部に設けられているスイッチング素子をスイッチングすることにより、コンデンサ４の放電を行う。

図１２は、第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。図１２に示すフローチャートの処理が図４に示すフローチャートの処理と異なるのは、ステップＳ３００の処理である。車両システムを起動させるための信号、すなわち、プッシュボタン９が押されたことを示す信号が入力されると、コントロールユニット８は、ステップＳ３００の処理を開始する。

ステップＳ３００では、プリチャージリレー温度センサ２０によって検出されるプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上であるか否かを判定する。プリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上であると判定するとステップＳ２０に進み、所定温度Ｔｂ未満であると判定すると、ステップＳ３０に進む。ステップＳ２０からステップＳ７０までの処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０からステップＳ７０までの処理と同じであるため、詳しい説明は省略する。

第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、プリチャージリレー温度センサ２０によって検出されるプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上になると、車両システムの起動／停止が所定時間Ｔ１の間に所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。抵抗７と直列に接続されているプリチャージリレー６の温度に基づいて、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行うので、プリチャージリレー６（抵抗７）の状態に応じた適切な制御を行うことができる。

−第５の実施の形態−
第３の実施における車両起動システムの制御装置では、抵抗温度センサ１０によって検出される抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行った。第５の実施における車両起動システムの制御装置では、抵抗温度センサ１０を設けずに、演算により、抵抗７の温度を算出（推定）する。

図１３は、第５の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図である。第５の実施の形態における車両起動システムの制御装置は、図１に示す第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置の構成に加えて、周辺温度センサ３０および電流センサ３５を備える。周辺温度センサ３０は、周辺温度を検出して、コントロールユニット８に出力する。この周辺温度は、バッテリ１、プリチャージリレー６、および、抵抗７の周辺温度であり、バッテリ１、プリチャージリレー６、および、抵抗７は、それぞれ近い位置に設けられている。電流センサ３５は、バッテリ１の放電電流Ｉを検出して、コントロールユニット８に出力する。

図１４は、プリチャージリレー６がオンされた後に、抵抗７に流れる電流の時間変化と、抵抗７の温度変化とをそれぞれ示す図である。抵抗７に電流Ｉが流れている場合の周辺温度に対する抵抗７の温度の温度差をΔＴ、抵抗７の抵抗値をＲ、抵抗７の熱容量をＣａとすると、次式（１）の関係が成り立つ。式（１）の右辺第１項は、抵抗７の発熱量に起因する抵抗７の温度上昇量であり、右辺第２項は、抵抗７の放熱量に起因する抵抗７の温度低下量である。
ΔＴ＝∫（Ｉ²×Ｒ）ｄｔ／Ｃａ−∫ΔＴｄｔ／Ｃａ （１）

上式（１）の方程式を解くことにより、周辺温度に対する抵抗７の温度の温度差ΔＴを求めることができる。従って、周辺温度センサ３０によって検出される周辺温度に、求めた温度差ΔＴを加算することにより、抵抗７の温度を算出することができる。抵抗７の温度を算出すると、第３の実施における車両起動システムの制御装置と同様に、算出した抵抗７の温度が所定温度Ｔａ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。

第５の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、少なくとも抵抗７に流れる電流の積算値および抵抗７の周辺温度を用いて、抵抗７の温度を推定するので、抵抗７の温度を検出するための温度センサを設けることなく、第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置と同様の効果を得ることができる。

−第６の実施の形態−
第４の実施における車両起動システムの制御装置では、プリチャージリレー温度センサ２０によって検出されるプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行った。第６の実施における車両起動システムの制御装置では、プリチャージリレー温度センサ２０を設けずに、演算により、プリチャージリレー６の温度を算出（推定）する。なお、第６の実施における車両起動システムの制御装置の構成は、第５の実施における車両起動システムの制御装置の構成と同じである。

図１５は、プリチャージリレー６に加わる電圧Ｖ_DSおよび電流Ｉ_Dと、プリチャージリレー６の損失とをそれぞれ示す図である。プリチャージリレー６の損失は、スイッチング時（オン／オフ時）に発生するスイッチング損失Ｐｓと、リレーオン時の損失Ｐｏｎとを加算したものとなる。スイッチング損失Ｐｓは、スイッチング時のプリチャージリレー６の電圧Ｖ_DSと電流Ｉ_Dとの積を時間積分した値となり、リレーオン時の損失Ｐｏｎは、リレーオン時のプリチャージリレー６の抵抗をＲon、リレーのオン時間をｔonとすると、Ｉ_D ²×Ｒon×ｔonとなる。

周辺温度に対するプリチャージリレー６の温度の温度差をΔＴ、プリチャージリレー６の熱容量をＣｂとすると、次式（２）の関係が成り立つ。式（２）の右辺第１項は、プリチャージリレー６の発熱量（損失）に起因するプリチャージリレー６の温度上昇量であり、右辺第２項は、プリチャージリレー６の放熱量に起因するプリチャージリレー６の温度低下量である。
ΔＴ＝（Ｐｓ＋Ｐｏｎ）／Ｃｂ−∫ΔＴｄｔ／Ｃｂ （２）

上式（２）の方程式を解くことにより、周辺温度に対するプリチャージリレー６の温度の温度差ΔＴを求めることができる。従って、周辺温度センサ３０によって検出される周辺温度に、求めた温度差ΔＴを加算することにより、プリチャージリレー６の温度を算出することができる。プリチャージリレー６の温度を算出すると、第４の実施における車両起動システムの制御装置と同様に、算出したプリチャージリレー６の温度が所定温度Ｔｂ以上になると、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われたと判定して、抵抗７に流れる電流を制限する処理を行う。

第６の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、少なくともプリチャージリレー６に流れる電流、プリチャージリレー６のスイッチング回数、および、周辺温度センサ３０によって取得される周辺温度に基づいて、プリチャージリレー６の温度を推定するので、プリチャージリレー６の温度を検出するための温度センサを設けることなく、第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置と同様の効果を得ることができる。

−第７の実施の形態−
上述した第５または第６の実施における車両起動システムの制御装置では、周辺温度センサ３０によって検出される周辺温度を利用して、抵抗７の温度またはプリチャージリレー６の温度を求めた。第７の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、周辺温度センサ３０を設けずに、周辺温度を求める。

図１６は、第７の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図である。第７の実施の形態における車両起動システムの制御装置は、図１に示す第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置の構成に加えて、電流センサ３５およびバッテリ温度センサ４０を備える。電流センサ３５は、バッテリ１の放電電流を検出して、コントロールユニット８に出力する。バッテリ温度センサ４０は、バッテリ１の温度を検出して、コントロールユニット８に出力する。なお、バッテリ温度センサ４０は、バッテリ１の管理を行うシステムには、一般的に設けられている。

バッテリ１の発熱量をＰａ、バッテリ１の放熱量をＰｂ、バッテリ１の熱容量をＣｃ、周辺温度に対するバッテリ１の温度の温度差をΔＴとすると、次式（３）の関係が成り立つ。
ΔＴ＝Ｐａ／Ｃｃ−Ｐｂ／Ｃｃ （３）

上式（３）において、バッテリ１の発熱量Ｐａは、電流センサ３５により検出されるバッテリ１の放電電流に基づいて求めることができる。バッテリ１の放熱量Ｐｂは、バッテリ１の冷却環境に基づいて、既知の方法により求めることができる。上式（３）より、温度差ΔＴを算出すると、バッテリ温度センサ４０によって検出されるバッテリ１の温度から、算出した温度差ΔＴを減算することにより、周辺温度を算出することができる。

第７の実施の形態における車両起動システムの制御装置によれば、少なくともバッテリ１の温度、および、バッテリ１の放電電流に基づいて、周辺温度を推定するので、周辺温度を検出するための専用の温度センサを設けずに、バッテリ１の管理を行うシステムに一般的に設けられているバッテリ温度センサ４０を利用して、周辺温度を求めることができる。

−第８の実施の形態−
第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われると、ｄ軸電流指令値を小さくしてコンデンサ４の放電を行うことにより、抵抗７に流れる電流を制限した。第８の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、プリチャージリレー６のオンデューティを小さくすることにより、抵抗７に流れる電流を制限する。

コントロールユニット８は、オンデューティに基づいてＰＷＭ制御を行うことにより、プリチャージリレー６のオン／オフを制御する。第８の実施の形態における車両起動システムの制御装置では、所定時間Ｔ１の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎ回行われると、車両システムの起動時におけるプリチャージリレー６のオンデューティを小さくすることにより、抵抗７に流れる電流を小さくする。これにより、抵抗７の発熱量を抑えて、抵抗７の温度上昇を抑制することができる。

本発明は、上述した第１〜第８の実施の形態に限定されることはない。例えば、コンデンサ４は、インバータ２とバッテリ１との間に設けられているものとして説明したが、インバータ２の内部に設けられていても良い。

車両システムの起動／停止が短時間の間に複数回行われることは好ましくない。従って、所定時間Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）の間に、車両システムの起動／停止が所定回数Ｎａ（Ｎａ＞Ｎ）回行われると、車両システムを停止させるフェールセーフモードを設定するようにしてもよい。

上述した説明では、車両起動システムの制御装置を搭載した車両を電気自動車として説明したが、ハイブリッド自動車でもよいし、燃料電池車でもよい。また、車両の起動システムは、プッシュボタン９の押圧操作により、車両の起動／停止を行うプッシュボタンスタートシステムとして説明したが、イグニッションキーの回動操作により、車両の起動／停止を行うシステムであってもよい。

第５，第６の実施の形態では、電流センサ３５を設けたが、バッテリ１の電圧、コンデンサ４の電圧と、プリチャージリレー６のスイッチング状態とに基づいて、抵抗７およびプリチャージリレー６に流れる電流を算出するようにしてもよい。この場合には、バッテリ１の電圧を検出する電圧センサと、コンデンサ４の電圧を検出する電圧センサとを設ける必要がある。

特許請求の範囲の構成要素と第１〜第８の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、プリチャージリレー６がスイッチング手段を、コントロールユニット８がスイッチング制御手段、判定手段、電流制限手段、放電制御手段、抵抗温度推定手段、および、スイッチング手段温度推定手段を、抵抗温度センサ１０が抵抗温度検出手段を、プリチャージリレー温度センサ２０がスイッチング手段温度検出手段を、周辺温度センサ３０またはコントロールユニット８が周辺温度取得手段を、電流センサ３５が電流検出手段を、バッテリ温度センサ４０がバッテリ温度検出手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図 コンデンサの放電を行う際のｄ軸電流指令値の時間変化を示す図 車両システムの起動／停止が所定時間内に所定回数行われた後に、さらに、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサの電圧、抵抗に流れる電流、および、抵抗の温度の時間変化を示す図 第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第２の実施の形態における車両起動システムの制御装置において、車両システムの起動／停止が所定時間内に所定回数行われた後に、さらに、車両システムの起動／停止操作が繰り返し行われる場合のコンデンサ４の電圧、抵抗７に流れる電流、および、抵抗７の温度の時間変化を示す図 第１の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図 車両システムの起動／停止が短時間に複数回行われた場合のコンデンサの電圧、抵抗に流れる電流、および、抵抗の温度の時間変化を示す図 第３の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図 車両システムの起動／停止が短時間に複数回行われた場合のコンデンサの電圧、抵抗に流れる電流、および、プリチャージリレーの温度の時間変化を示す図 第４の実施の形態における車両起動システムの制御装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第５の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図 プリチャージリレーがオンされた後に、抵抗に流れる電流の時間変化と、抵抗の温度変化とをそれぞれ示す図 プリチャージリレーに加わる電圧Ｖ_DSおよび電流Ｉ_Dと、プリチャージリレーの損失とをそれぞれ示す図 第７の実施の形態における車両起動システムの制御装置を搭載した電気自動車の駆動システムの構成を示す図

符号の説明

１…バッテリ、２…インバータ、３…３相交流モータ、４…コンデンサ、５…メインリレー、６…プリチャージリレー、７…抵抗、８…コントロールユニット、９…プッシュボタン、１０…抵抗温度センサ、２０…プリチャージリレー温度センサ、３０…周辺温度センサ、３５…電流センサ、４０…バッテリ温度センサ

Claims (12)

1. 抵抗を介して、バッテリとコンデンサとの間に設けられるスイッチング手段と、
   ユーザによって、車両システムの起動操作が行われると、前記スイッチング手段をオンにするスイッチング制御手段と、
   前記スイッチング制御手段によって、前記スイッチング手段のオン／オフが所定時間の間に所定回数行われたか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって、前記スイッチング手段のオン／オフが所定時間の間に所定回数行われたと判定すると、前記スイッチング手段のオン時に前記抵抗に流れる電流を制限する電流制限手段と、
   ユーザによって、前記車両システムの停止操作が行われると、前記コンデンサに蓄えられている電荷の放電処理を行う放電制御手段とを備え、
   前記電流制限手段は、前記放電制御手段によって前記コンデンサに蓄えられている電荷の放電を行う際の放電量を制限することによって、前記スイッチング手段のオン時に前記抵抗に流れる電流を制限することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
2. 請求項１に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記電流制限手段は、前記放電制御手段によって前記コンデンサに蓄えられている電荷の放電を行う際の放電速度を低下させることによって、前記スイッチング手段のオン時に前記抵抗に流れる電流を制限することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記電流制限手段は、ユーザによって前記車両システムの停止操作が行われてから前記放電制御手段による放電処理を開始させるタイミングを遅くすることによって、前記スイッチング手段のオン時に前記抵抗に流れる電流を制限することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記コンデンサは、前記バッテリの直流電力を交流電力に変換して、交流モータに供給するインバータの直流電力側に接続されて、直流電力を平滑化させるコンデンサであって、
   前記放電制御手段は、前記コンデンサに蓄えられている電荷の放電を行う際に、前記交流モータにトルクが発生しないように前記インバータを制御することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
5. 請求項１に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記電流制限手段は、ユーザによって前記車両システムの起動操作が行われた時に、前記スイッチング制御手段が前記スイッチング手段をオンにするためのデューティを小さくすることにより、前記抵抗に流れる電流を制限することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記抵抗の温度を検出する抵抗温度検出手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記抵抗温度検出手段によって検出される前記抵抗の温度が第１の所定温度以上になると、前記スイッチング手段のオン／オフが前記所定時間の間に前記所定回数行われたと判定することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記抵抗の周辺温度を取得する周辺温度取得手段と、
   前記抵抗に流れる電流を取得する電流取得手段と、
   少なくとも前記電流取得手段によって取得される電流の積算値および前記周辺温度取得手段によって取得される周辺温度に基づいて、前記抵抗の温度を推定する抵抗温度推定手段とをさらに備え、
   前記判定手段は、前記抵抗温度推定手段によって推定される前記抵抗の温度が第１の所定温度以上になると、前記スイッチング手段のオン／オフが前記所定時間の間に前記所定回数行われたと判定することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
8. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記スイッチング手段の温度を検出するスイッチング手段温度検出手段をさらに備え、
   前記判定手段は、前記スイッチング手段温度検出手段によって検出される前記スイッチング手段の温度が第２の所定温度以上になると、前記スイッチング手段のオン／オフが前記所定時間の間に前記所定回数行われたと判定することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
9. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
   前記スイッチング手段の周辺温度を取得する周辺温度取得手段と、
   前記スイッチング手段に流れる電流を取得する電流取得手段と、
   少なくとも前記電流取得手段によって取得される電流、前記スイッチング手段のスイッチング回数、および、前記周辺温度取得手段によって取得される周辺温度に基づいて、前記スイッチング手段の温度を推定するスイッチング手段温度推定手段とをさらに備え、
   前記判定手段は、前記スイッチング手段温度推定手段によって推定される前記スイッチング手段の温度が第２の所定温度以上になると、前記スイッチング手段のオン／オフが前記所定時間の間に前記所定回数行われたと判定することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
10. 請求項７または請求項９に記載の車両起動システム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と、
    前記バッテリの放電電流を検出するバッテリ電流検出手段とをさらに備え、
    前記周辺温度取得手段は、少なくとも前記バッテリ温度検出手段によって検出される前記バッテリの温度、および、前記バッテリ電流検出手段によって検出される前記バッテリの放電電流に基づいて、前記周辺温度を推定することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
11. 請求項７または請求項９に記載の車両起動システムの制御装置において、
    前記電流取得手段は、前記バッテリの電圧、前記コンデンサの電圧、および、前記スイッチング手段のスイッチング状態に基づいて、前記抵抗に流れる電流を算出することを特徴とする車両起動システムの制御装置。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の車両起動システムの制御装置において、
    前記車両システムを起動させる操作および停止させる操作は、ボタンの押圧操作であることを特徴とする車両起動システムの制御装置。
    

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